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Proceedings of the First International Seminar
ACTES
des Premières Journées Internationales
АСЗА'90
ACCÈS CONDITIONNEL AUX SERVICES AUDIOVISUELS
CONDITIONAL ACCESS FOR AUDIOVISUAL SERVICES
RENNES 12 — 13 – 14 JUIN 1990 (France)
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DL- 2006199 1- 18456
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Proceedings of the First International Seminar
ACTES
des Premiéres Journées Internationales
ACSA'90
ACCES CONDITIONNEL AUX SERVICES AUDIOVISUELS
CONDITIONAL ACCESS FOR AUDIOVISUAL SERVICES
RENNES 12 - 13 — 14 JUIN 1990 (France)
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[TELECOM |С)
COMITÉ INTERNATIONAL DE PROGRAMME INTERNATIONAL PROGRAMME COMMITTEE
PRESIDENT/CHAIRMAN : Jacques PONCIN (CCETT)
MEMBRES/MEMBERS : Michel AYEL (RPIC)
Joseph BLINEAU (Thomson CE) Jean-Pierre COUSTEL (France Telecom STI) Louis GUILLOU (CCETT)
Joseph HASCOET (MatraCommunication) Marc LASSUS (Gemplus)
Mark MEDRESS (General Instrument Corporation) Graham MILLS (BT Vision)
Bjorn PERSSON (Scansat) Jean-Jacques QUISQUATER (Philips Research Lab) Michel RENERIC (TDF)
Charles SANDBANK (BBC Research)
Kjell STAHLBOM (Nokia Luxor)
Michel UGON (Bull CP8)
COMITE D'ORGANISATION ORGANISING COMMITTEE
F. SCARABIN — V. MICHON (CCETT)
Secrétariat ACSA'90 CCETT 4, rue du Clos Courtel – BP 59 35512 CESSON-SEVIGNE Cédex - FRANCE Tél : (+33) 99 02 41 98 Télécopie (+33) 99 02 40 98 - Télex : 740284 F
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SOMMAIRE
ARCHITECTURE DE SYSTÈMES I Président de session : У. GUINET (RPIC)
CONFÉRENCE INVITÉE : La première décennie des services audiovisuels à accès conditionnel en France Pierre Landragin (RPIC) et Philippe МеШап (TDF) diner nee 11
CONFÉRENCE INVITÉE : Elements of the MAC/packet family David Wood ct Edgar Wilson (UERY анны аккан тонда нал ана EO EPIS EMO MH TON 41
The architecture and security design goals of the Eurocypher system Chris Bennett et Раш Moroney (General Instrument Corp.), David Cutts (ETEL) иенен 61
Système de télévision à péage à contrôle d'accès pleinement détachable, un exemple d'implémentation : Videocrypt Michel Leduc (Thomson Lerea) iacit а ИЕН ны А ЫН cese ceret teu tt тв сива eei dea ous 81
ARCHITECTURE DE SYSTEMES II Président de session : CH. BENNETT (General Instrument Corp.)
CONFÉRENCE INVITÉE : Taxinomie et typologie de l'accés conditionnel Louis Guillou (CCETT) ct Jean-Jacques Quisquater (Philips) ii 95
Some studies on conditional access system for DBS television service - Algorithms of permutation scrambling and an experimental decoder with smart card Takeshi Kimura, Masafumi Saito, Seichi Namba (Japan Broadcasting Corporation} наос 107
Un système d'accès conditionnel pour les réseaux de diffusion large bande : Eurocrypt Francoise Сошкоге Vincent Lenoir (CCETT) Lise ats tert ttr tat tn tha intel stereo 123
CONFÉRENCE INVITÉE : Développement des fonctions télématiques dans l'architecture du système audiovisuel domestique : vers une mutation du media Yves Guner OR PIC) s uu i eaae дын и дни сонан АУЫ lee PR DH ea tei tates Pe ҚЫ АТМ OD teh 131
GESTION TECHNIQUE Président de session : A. JÄGER (DEUTSCHE BUNDESPOST TELEKOM)
Operation of Eurocypher systems : current experience and future developments Philip Bagenal et Steve Upton (BSB), Chris Bennett (General Instrument Corp.) 169
Caractéristiques fonctionnelles d'un gestionnaire des titres d'accés et d'un systéme de gestion commerciale Patrick Salanova CGI6SysUHmes) vus oe ted ner ete ale rl aeo E LOS BERI ne redes eee 195
Managing smart card for Pay Television : the VideoCrypt™A pproach Jonathan Hashkes et Michael Cohen (News Datacom) inserer een пина sen е 213
GESTION DES SERVICES Président de session : J.P. COUSTEL (FRANCE TELECOM)
Pac Manager ou la gestion technique des titres d'accès conditionnel aux services audiovisuels Didier Certain (Sema Group) вргеамоецаелаэма нм нанын ына лығынан ық 225
The Norwegian Telecom's system for customer management Jon:B:Norsteboen (Norwegian Telecom) ised wed ban ne tecto repr PR annee nine 239
Utilisation des méthodes d'accès conditionnel pour la distribution de données en norme MAC/paquet André Buelens ct W. Vleeshhouwer (ESA) ...ccccceccccccscescessecsccsssccscsssceerscessseascnsscansrasesseessersssussucsaestecessecnsevacenss 253
Eurocrypt's Smart Card for Mac/packet television Мага Hestnes (Nordic VLSI) et Ole Hansvold (Norwegian Telecom)... 265
Conditional access for off-air and local generated programmes
in cable ТУ networks Helge Siephansen (Tandberg Teleton) 0s. саннан на nat oh ды ады ы бнрн 273
TERMINAL Président de session : J.F. MARQUET (TDF)
Présentation du terminal d'usager Nagravision/Syster
André Kudelski (Kudelski SA) шиш sceau ges irait дә ee UAE IRR 281 Désembrouilleur Visiopass et accès conditionnel Gérard Duvic (CCETT) et Christian Geoffray (RPYC) аашаа 283
Conditional access and the use of D2B IRI -Welmer (D2B.systems Eid) ise нана ири РА
BBC conditional access television services SR. Ely (BBC Research Departments. а e ee ийи Pede ate EO ы ДН, 301
CARTES À PUCE Président de session : P. MAES (GEMPLUS)
Un module de sécurité détachable pour la télévision à péage Pascal Benoist (Bull CPBYS шаанын де ықы НА ы te ында қынаны ы ne ET.
Un nouveau procédé d'émission de cartes multi-services Didier Angebaud et Jean-Luc Giachetti (CCETT) аана] 327
Single chip 8-bit CMOS controller for conditional access applications Henri Molko et Jean-Pierre Bournas (Philips Composants) issus 427
5716 xyz: а family of secure microcontrollers LiSourgen(SGS Thomson)... или ли eee e ete be a canne de A Me ds 347
POINT DE VUE DES OPÉRATEURS Président de session : B. PERSSON (SCANSAT)
À pay-per-view experiment using D2-MAC/Eurocrypt Woifang Bock {Anitra Medienprojekte GmbH) nn 357
Services à accès conditionnel sur réseaux cáblés Dominique Tessier (Communication-Développement).…........ siennes SOD
Service à condition d'accès : le point de vue d'un cablo-opérateur Michel Villaneau (CompagnicGénérale de Vidéocommunication) Le DES
Les actions de France Telecom dans les domaines des services à conditions d'accès.
Enjeux économiques et perspectives techniques Jean-Pierre Coustel (FRANCE TELECOM ТІ)... 381
ÉQUIPEMENTS TERMINAUX Président de session : V. MICHON (CCETT)
Architecture des points d'émission D2-Mac/paquet-Eurocrypt de France Telecom Jean-Pierre Vigarie et Vincent Lenoir (CCETT), Jean-Claude Jouet {Matra Communication)... 387
VersatileMac/packet encoder interfacing with any conditional access system Caleb Bradley et Helge Stephansen (Tandberg Теіесот) is inner 403
The Nordic VLSI multi MAC chip set for conditional access consumer receivers Leif Arne Ronningen (Nordic VLSI idee Ы 419
Le point de шене D2- M eA ай ERG de TDF Philippe Meillan (TDF)... —— ————————— О OS
Multi-Mac decoder/descrambler for consumer applications Manfred Iünke (БЕГ алынды n Rete dt соғар оқа imet edt cia erates, ина 441
L'évaluation ergonomique des interfaces utilisateurs de télévision à péage Michel. Nael (GCETE) а А ЕЕ таны то
INDEX DES NOMS D'AUTEURS
ANGEBAUD Didier (CCETT) эшш нине иин eure ea tn te 327
BAGENAL Philip (BSB)... Ab ойынын ЫНЫН ne АЙДЫ ciseese tides] OF BENNETTChris (General lasirimenr Corp. y. "PPP PME Y RE LOO, BENOIST Pascal (Bull СРВ)... 4348 BOCK Wolfang (Anitra Medienprojekte GmbH}... ІІ МШ 2357 BOURNAS Jean-Pierre (Philips Composants)... 337 BUEFENS André AESRY романы en e tere e, арымен аны ыы 253 BRADLEY Caleb(Tandberg Telecom): usi tao rie etre Dre анда Had oss d RE 403 CERTAIN Didier (Sema Group) на ada teca diti rer tani tete ocior podre ded i aes COHEN Michael (News Datacom) мз. ieu iere ерік te ec ern sts eden e атак devises a eo e opa дее інгі eue aa ert tete 213 COUTROT Francoise (CCETE) sete aee etie НЫ анама ee IPSA 123
COUSTEL Jean-Pierre (France Telecom STI) CUTTS David (ЕТЕ... DUVIC Gérard (CCETT)
ELY SR: (BBC Research Departmenb). манинин ныны u иы ам тылына ааа ба аранына лы. 301 GEOFFRAY:ChRrsuantRPICY i5 eet dtd tt p o teque n ERE reae vie teer ial 283
GIACHEULH Jean-Luc COETT) e aae tito i e o Pe e RARE NET D eee GUINET Yves (ЕРЕ aeneae аларны ite pasty nave eo cn oen eter eee qa Eae HANSVOLD Ole (Norwegian Telecom)
HASHKES Jonathan (News Datacom) лане
HESTNES Мата (Nordic VLSE) ле. m JOUET Jean-Claude (Matra Communication) iii eases netta tec tre tree nee 3 JUNKE Manfred ATT) 4 rs tes reete ue et eh el on ive oi ere er e ee dee ита 3 KIMURA Takeshi (Japan Broadcasting Corporation)... sise 107 KUDELSKI André (Kudelski SA) Loa енды нер ЫН na It 281 LANDRAGIN Pierre (RPIC iue eem ete recta мына ыны лына ааа МЕЗ 11 LEDUC Michel: (Thomson Lefea) даа нан deine Оо E tv RS 81 LENOIR Vincent (CCETT) eua directe i pe Ven die fn renault 123,387 MEIEFANSPhlippe GUDEY: ots ttt oos coe ote te Дш ынануу e Ааа аА 11,433 MOLKO Henri (Philips Composants) ИНТЕР ЕСЕККЕ Sante ГА MORONEY Раш (General Instrument Согр.).......... mE CR пати 61 NAEL Michel (GOGETU) s pd tee aan е de eec dep eru eet stb ete ns 443 NAMBA Seichi (Japan Broadcasting Corporation) iii 107 NORSTEBOEN Jon B. (Norwegian Telecom)... usines LOG QUISQUATER Jean-Jacques (Philips)... eere te re aure recenti deve лысын ығын 95 RONNINGEN.Léif Arne (Nordic: VESTE oae es i peed, e ida? 419 SAITO Masafumi (Japan Broadcasting Corporation) иизин нынын ынын ы ы ныны 107 SALANOVA Вай CIélésyStemes)... aee иын найн e re ORE nee nr nr РА Ны 195 SOURGEN L.(SGS: TROMSON) аиа аркы менен а ЙЫНЫН умен ЫСЫЙ ЫЫ 347 STEPHANSEN Helge (Tandberg) encens 273, 403 TESSIER Dominique (Communication-Développement) ss sud 365
VIGARIE Jean-Pierre (CCETT).......... p VILLANEAU Michei (Compagnie РЕШЕ. de v Уве та енде)
VEEESHHOUWER. УСЕВА а палила арте steep rete Dese ыызы ta anna we 3 WEEMER НӘ. ХОЗВ systems десант мио нары ЫЛА О ie ec din Pear nt ыда ынта 291
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RES
LA PREMIÈRE DÉCENNIE DES SERVICES AUDIOVISUELS À ACCÈS CONDITIONNEL
EN FRANCE
Jean-Pierre LANDRAGIN Philippe MEILLAN La Radiotechnique Portenseigne Télédiffusion de France 24 quai Galliéni 21-27 rue Barbés 92156 SURESNES Cedex 92120 MONTROUGE FRANCE
FRANCE
Tél : +33 (1) 40 99 62 89 Tél: +33 (1) 49 65 19 68
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TABLE DES MATIÈRES
INTRODUCTION
EMBROUILLAGE ET TRAITEMENT DU SIGNAL VIDÉO ACCES CONDITIONNEL ET DIFFUSION DE DONNÉES INDEXATION DES ÉMISSIONS ET MESSAGES ALPHANUMÉRIQUES
CARTES À MICROCIRCUIT
LES PROTOCOLES DE COMMUNICATION DE L'ACCÈS CONDITIONNEL
EMBROUILLAGE DU SON
INTERFACE HOMME/MACHINE - ERGONOMIE ARCHITECTURE DES TERMINAUX ET DES ÉQUIPEMENTS D'USAGERS
LES STANDARDS MAC
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE, RÉFÉRENCES ET NOTES
1. INTRODUCTION
А la suite des recherches des centres d'études publics et plus spécialement du CCETT, les services audiovisuels à accès conditionnel se sont progressivement développés sur plus d'une décennie, sous l'impulsion des opérateurs publics et privés, dont TDF, et avec la contribution déterminante de la Radiotechnique Portenseigne.
Les différentes étapes de ces contributions sont les suivantes :
Antiope USA [1-1]
Antiope embrouillé [1-2]
Carte à mémoire PCO pour Antiope embrouillé [1-3] Carte, à mémoire PCl pour télévision embrouillée [1-4] Contrat retard variable [1-5]
Contrat décalage circulaire [1-6]
Contrat récepteur de référence D2MAC [1-7]
Contrat contrôle d'accès D2MAC [1-8] [1-9]
Marché D2MAC-Eurocrypt [1-10]
Partant des préliminaires des systémes de diffusion d'images et de données à accés conditionnel et intégrant un nouveau procédé de codage des signaux de couleur, ainsi que les récents progrés dans 1e traitement du son de haute qualité, les systèmes de la famille MAC, particulièrement DMAC et D2MAC constituent les signaux de télévision les plus complets qu'on puisse imaginer à l'heure actuelle, dans 1a mesure où ils contiennent intrinséquement tout ce qui est nécessaire à assurer ultérieurement toutes les fonctions que l'opérateur, méme le plus imaginatif dans le domaine de la commercialisation des services à valeur ajoutée, pourra être amené à demander. Nous allons montrer dans ce qui suit que ce n'est que l'aboutissement inéluctable de la mise en oeuvre systématique et poussée à l'extrême des techniques et technologies maximales nécessaires а 1а réalisation du meilleur système de télévision à accès conditionnel, et que c'est finalement la télévision cryptée qui a ouvert la porte à la haute définition à la mode européenne en initiant, en stimulant, en entraînant les recherches et applications nécessaires et en mettant en pratique avec plus ou moins de bonheur les résultats obtenus.
- 13 .
– 14 —
2. EMBROUILLAGE ET TRAITEMENT DU SIGNAL VIDEO
Divers procédés d'embrouillage du signal d'image sont en usage depuis des années dans 1e monde et font appel à des procédés de traitement de nature analogique (inversion de la polarité de luminance ou suppression d'impulsions де synchronisation, introduction de signaux ou де filtrages parasites).
Des études concernant les dispositifs d'accés conditionnel par embrouillage d'émissions de télévision en France ont été amorcées par le CCETT dès 1977, et testées pour la première fois en 1980. Outre l'inversion de polarité de ligne, l'embrouillage d'image concernait des procédés de modifications temporelles du signal. Ces méthodes de traitement ne peuvent donc s'appliquer qu'aux signaux en bande de base et impliquent donc 1а démodulation préalable de l'émission de télévision à décoder. L'insertion du "décodeur" (désembrouilleur) nécessitait l'implantation Sur les récepteurs d'un connecteur de "péritélévision" normalisé [2-1].
Les principes de modifications temporelles nécessitent la capacité de mémoriser certaines parties du signal vidéo. Aussi, une fois épuisées les ressources de technologies dérivées des procédés analogiques (lignes à retard, dispositifs à couplage de сһагдев...), 1а mise en oeuvre де
ces types d'embrouillages mène tout naturellement à l'utilisation des techniques numériques.
Le principe de l'inversion de polarité vidéo ayant rapidement montré ses limites, deux procédés avaient été étudiés simultanément : le procédé à retard variable dit Discret 1 et le procédé à segmentation de lignes ou décalage circulaire dit Discret 2 [2-2] dont des variantes furent ultérieurement envisagées [2-3][2-4].
Les premiers matériels réalisant les codages Discret 1 et Discret 2 furent réalisés sur marché TDF [2-5] au LEP* au tout début de la décennie 80 [2-6].
* Laboratoire d'Electronique et de Physique Appliquée - 3, Avenue Descartes - 94450 Limeil-Brévannes (Actuellement Laboratoire d'Electronique PHILIPS)
Toutefois, les technologies numériques disponibles à cette époque ne permettaient pas la réalisation d'un décodeur grand-public viable. Les matériels disponibles dès 1982 étaient volumineux, lourds et générateurs de nombreuses calories.
. La conséquence а été l'adoption par Canal + du décodeur Discret 11 en technologie analogique, faisant appel à des lignes à retard [2-7]. L'ensemble d'embrouillage réalisé par CIT-Alcatel pour la même application utilisait quant à lui des technologies professionnelles (convertisseurs
TRW et cartes logiques TTL).
. Toutefois, les études concernant la réalisation industrielle d'un décodeur Discret 2 continuaient [2-8]. Elles aboutirent au développement de composants spécifiques, en particulier des convertisseurs destinés au marché grand-public [TDA 5702 et 5703] firent leur apparition еп 1985 [2-9] dans le groupe PHILIPS.
Dans ce jeu de circuits intégrés, réalisés pour le méme marché TDF, on trouvait aussi un générateur pseudo-aléatoire non linéaire à 20 bits (structure de Geffe), TDA 5707 [2-10], avec le circuit de génération des signaux de service associés (TDA 5704) et les circuits de pilotage des adresses des mémoires RAM (TDA 5705 et 5706).
. Le premier décodeur grand public à technologie numérique, Discret 12, a fait son apparition en 1985. 11 reprenait les circuits TDA 5702 et TDA 5703, et traitait les signaux en retard variable au moyen d'un "Gate Array" et d'un microcontréleur "RT 86". Il était initialement destiné aux marchés internationaux [2-11], associé à un embrouilleur ALCATEL dérivé du matériel développé pour CANAL+. 11 a aussi été utilisé par l'administration frangaise [2-12]**, associé, soit à l'embrouilleur ALCATEL, soit à l'embrouilleur VSE O1 développé par 1a Radiotechnique Industrielle et Commerciale à partir de 1986.
Enfin, l'appareil TUDI 12, incorporant un ensemble de réception à synthése de fréquence a remporté un succés considérable sur les marchés internationaux [2-13].
. L'embrouillage des images selon le procédé Discret 2 n'est devenu économiquement viable que récemment, grâce à 1а baisse du coüt des composants (convertisseurs, mémoires), à l'intégration à grande échelle et surtout au développement des possibilités en circuits spécifiques (ASIC).
* Tel quel ou sous sa forme "professionnelle" TDR12 (tête de réseau).
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Les éléments stratégiques et critiques, notamment le convertisseurs, ont vu leur prix chuter dans des proportions importantes et leurs défauts d'origine ont pour la plupart été réduits à un niveau tolérable en production industrielle. On peut citer, outre les produits originaires du groupe Philips (ТРА 8702, 8703, 8708), les composants ІТТ (ЏУС 3100, 3101...) dont l'usage de plus en plus fréquent dans les téléviseurs à châssis numérique assure la pérennité à des coûts acceptables pour des produits grand-public.
Pendant ce temps, PHILIPS apportait l'embrouillage par décalage circulaire au fonds commun du D2MAC [2-14].
On peut remarquer que toutes les techniques nécessaires à la formation du signal image MAC étaient déjà identifiées et la plus grande partie utilisées :
. Utilisation de mémoires vives écrites à un rythme et lues à un rythme différent et/ou en temps différé.
* Ecritures ou lectures non-linéaires.
. Mise en forme de transitions ou interpolations.
Par ailleurs, un certain nombre de difficultés avaient été identifiées à l'époque ; certaines étant résolues à l'heure actuelle, d'autres n'ayant toujours pas trouvé de solution :
Nécessité de disposer d'une excellente synchro (d'où 1a synchro "numérique" adoptée еп МАС).
Sensibilité aux perturbations apportées par la diffusion terrestre : échos, line tilt .... [2-15]
|
3. ACCES CONDITIONNEL ET DIFFUSION DE DONNEES
Ainsi qu'on l'a vu précédemment, la mise en oeuvre de l'accès conditionnel s'associe particulièrement bien à l'utilisation des techniques numériques.
Or les techniques de diffusion numériques se sont introduites en France, de même que dans toute l'Europe de l'Ouest à travers le télétexte et 1а diffusion de données.
En France le télétexte n'a pas été conçu comme un simple service complémentaire des programmes de télévision mais comme un service autonome devant trouver son équilibre économique et par conséquent un mode de financement propre.
C'est ainsi qu'il a été imaginé de financer les magazines de télétexte par le paiement d'abonnements. Percevoir des abonnements sur un service diffusé nécessite de disposer des moyens d'en restreindre l'accès aux usagers autorisés ; les études conduites alors, parallèlement aux premiers travaux sur la télévision à péage, ont rapidement conduit à la conclusion que cela passait par les notions d'embrouillage et de contrôle des titres d'accès :
. Embrouillage : c'est-à-dire modification du signal де telle sorte à le rendre incompréhensible à celui qui ne dispose pas de titres d'accès,
. Contrôle des titres d'accès : c'est-à-dire mise а disposition de moyens permettant de vérifier que les usagers ont bien acquis les droits d'accès aux programmes.
La technique d'embrouillage retenue а consisté à faire intéragir le signal avec une séquence pseudo-aléatoire initialisée par un mot de contrôle.
Les principales notions qui se sont alors dégagées ont été les suivantes
Utilisation d'un générateur pseudo-aléatoire de grande dimension (séquence pseudo-aléatoire longue) avec mot de contrôle de grande taille (60 bits). En fait, le dispositif utilisé était un Générateur d'octets chiffrants (СОС) adapté au traitement par un microprocesseur et dont le comportement était analogue à celui d'un Générateur Pseudo-Aléatoire.
. Renouvellement du mot de contrôle à rythme fréquent et modification encore plus fréquente de la séquence pseudo- aléatoire, un élément variable du signal intervenant dans son initialisation,
-17
~ 18 –
. Utilisation d'un système non pas à distribution des mots de contrôle mais à distribution d'autorisations, une autorisation comportant d'une part des titres d'accès et d'autre part une clé d'accès permettant, par le biais d'un algorithme cryptographique, de reconstituer le mot де contrôle, diffusé sous forme chiffrée (cryptogramme),
. Variété des modes d'accès aux programmes :
Abonnement durée fixe ou variable, Paiement а la séance prévalidée ou télévalorisée {possibilité de choix impulsif).
. Diffusion des données de contrôle des titres d'accès sous la forme de messageries de contrôle d'accès multiplexées avec le signal.
. Banalisation du terminal de réception qui ne comporte aucun secret et aucun élément de personnalisation, ceux- ci étant contenus dans un support de titres d'accès détachable qui a été réalisé sous la forme d'une carte à micro-circuit.
Ces notions ont trouvé leur concrétisation :
. Dans le système d'accès conditionnel défini pour le télétexte ANTIOPE et dont la spécification a été publiée en 1984 [3-1],
. Dans le développement де 1а première carte à mémoire support de titres d'accès, la carte porte-clés PCO [3-2],
. Dans 1а reconnaissance des principes généraux ainsi définis comme base de l'accès conditionnel aux services audiovisuels par 1а normalisation internationale à travers le rapport 1079 du CCIR adopté еп 1986 [3-3].
Le système d'accès conditionnel défini pour 1e télétexte ANTIOPE reposait donc à la fois sur la diffusion de messageries de contrôle des titres d'accès et l'utilisation d'un support de titres d'accès détachable, ainsi que sur les notions d'autorisation et de distribution d'autorisation. La distribution d'autorisation s'effectuait par valorisation des supports de titres d'accès sur un terminal, soit dans un centre de gestion, soit via un service videotex.
Quelques schémas permettront de mieux comprendre la mise en oeuvre de ces principes :
L'utilisation de la messagerie de contrôle des titres d'accès :
données embrouillées + messagerie de contrôle des titres d'accès
Données embrouillées
messagerie de controle des titres d'acces
générateur pseudo aléatoire
mot de contrôle
Les échanges d'information entre le terminal et le support de titres d'accès :
données embrouillées + messagerie d'accès
données embrouillées + messagerie d'accès
messageries de contrôle des titres d'accès == = == — --ф»-
support de titres d'accès
terminal
E -- mot de contrôle
-19-
-20-
La correspondance entre messagerie де contrôle des titres d'accès et fonctions du support de titres d'accès (fonctions développées plus loin :)
SUPPORT MESSAGERTE Identificateur d'autorisation Pointeur d'autorisation Etat de l'autorisation Paramètre de contrôle Fonction secrète Cryptogramme du mot de contrôle E ЕЕ 4
Fonctionnement schématique du support d'accés :
Pointeur d'autorisation [келес ев”
recherche identificateurs
indicateur de d'autorisation résultat négatif
Paramètre de contrôle
Contrôle et mise à jour
Etats des autorisations
indicateur de non-validité
T Fonchon cryptogramme |
~
secrète
H)
~ я
А la suite de son expérience du télétexte, et de son approche des services professionnels TDF a développé un service de diffusion de données transparent.
Pour ce service, comme pour le télétexte, le besoin d'un système d'accès conditionnel a été ressenti.
Celui-ci a été spécifié en 1986, il utilise des principes très voisins de ceux mis en oeuvre pour le télétexte et a donné lieu au développement d'une chaîne de diffusion complète avec en particulier les éléments suivants [3-4] :
. Embrouilleur,
. Contrôleur des titres d'accès (organe générant les messageries de contrôle des titres d'accès calculées par des cartes mères),
. Récepteur de données avec lecteur de cartes à mémoire,
. Centre de gestion des titres d'accès permettant d'introduire les autorisations dans les supports des usagers (carte à mémoire), avec еп particulier 1а possibilité de distribution des autorisations à distance par un service vidéotex.
Un tel centre de gestion est maintenant mis en oeuvre depuis 2 ans par SDIB pour ses services CHRONOVAL et CHRONOPTION.
L'embrouillage des signaux de télévision fait classiquement appel à des processus pseudo-aléatoires synchronisés au codage et au décodage ; 1а mise en oeuvre de ces processus nécessite de faire appel à une diffusion de données.
~
Les procédés utilisés au départ де 1а télévision à péage en France utilisaient des Générateurs Pseudo-Aléatoires de petite taille et linéaires, et un accès conditionnel rudimentaire caractérisé par :
. Procédé par distribution du mot d'initialisation, . Transport des messageries de contrôle d'accès par le courrier.
Un tel système se contente d'une diffusion de données à très faible rythme (1 bit par ligne de données et 1 ligne de données par trame, soit 50 eb/s).
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Toutefois, diverses caractéristiques sont maintenant demandées, qui nécessitent une révision de cette conception :
. Générateur Pseudo-Aléatoire de plus grande dimension, avec structure non linéaire. Cela nécessite l'acquisition de mots de contróle de taille croissante (couramment 64 bits, parfois plus) et oblige à la réalisation du dit Générateur Pseudo Aléatoire en logique cáblée, eu égard aux vitesses de traitement nécessaires.
. Variété des modes d'accès aux émissions, avec en particulier des modes d'accès rapide :
- Abonnement à durée fixe, - Abonnement à durée variable [par ex. abonnement "Week- end"],
- Abonnement thématique,
- Emission ou événement programmé à l'avance [pay per view],
- Emission ou événement sans choix préalable [impulse pay per view],
- Durée ou consommation.
. Nécessité de mettre en oeuvre un mode de transmission des autorisations plus sür que la simple distribution des mots de contróle [systéme à distribution d'autorisations].
. Adressabilité, c'est-à-dire émission des données d'autorisation dans le signal vidéo et non par le courrier ou un autre moyen externe au système.
Des systèmes fonctionnant suivant ces principes peuvent se contenter de transmissions de données à 8 bits/ligne, 1 ou 2 lignes de données par trame, soit 400 à 800 eb/s [3-5] mais peuvent nécessiter des débits de données beaucoup plus importants selon le parc d'abonnés à gérer et 1а complexité des protocoles de communication mis en oeuvre.
|
4. INDEXATION DES EMISSIONS ET MESSAGES ALPHA- NUMERIQUES
Si l'on désire mettre en oeuvre des modes d'accès thématique ou de type “pay per view" dans les procédés à distribution d'autorisation, alors l'identification précise des émissions devient nécessaire. Elle est habituellement obtenue par diffusion dans le signal vidéo d'un certain nombre d'Identificateurs et paramètres dont le volume détermine la finesse de segmentation des plages d'accès disponible.
La mise en oeuvre de procédés d'embrouillage assurant une opacité totale de l'image pose à l'utilisateur un problème d'identification de l'émission reçue et non décodée. C'est pourquoi il est demandé fréquemment de permettre la transmission de messages alphanumériques ou graphiques permettant cette identification par incrustation dans l'image du téléviseur. Cela va jusqu'au titre de l'émission en cours, et aux messages adressables. Les divers codes temporels (EBU, SMPTE) utilisés en production répondent partiellement à ces besoins mais nécessitent en général un support séparé du signal de télévision.
La nécessité de satisfaire ces besoins a conduit au développement des techniques qui ont abouti :
. À la voie d'identification des services dans les systèmes MAC, laquelle permet à l'usager d'identifier l'émission et d'en sélectionner les composantes,
. Aux systèmes de messageries de programmes destinés а la télécommande des magnétoscopes des usagers depuis 1а source des émissions.
- 23 —
5. CARTES А MICROCIRCUIT
L'accès conditionnel en radiodiffusion et 1а carte а micro-circuit sont apparus dans le panorama des techniques à peu près en même temps et, très tôt, il a paru intéressant de faire appel à 1а carte à micro-circuit pour réaliser un certain nombre des fonctions du système d'accès conditionnel.
Dès l'origine, on a acquis la conviction que la carte à micro-circuit présentait pour les applications d'accès conditionnel deux avantages décisifs :
. C'est un support détachable, et, en tant que tel, elle permet de banaliser le terminal de l'usager,
. C'est un support inviolable : il permet de conserver des informations secrètes tout en garantissant l'impossibilité de relire ces informations de l'extérieur.
En raison de son coût, la carte à micro-circuit n'a pas pu être introduite dans le domaine des applications grand public dès l'origine de celles-ci ; en l'occurrence, l'utilisation de la carte à micro-circuit n'a pas pu être retenue pour la première génération de terminaux de Canal Plus, mettant en oeuvre le système DISCRET.
Par contre, ces considérations de coût avaient un impact plus faible dans le cas de services professionnels et, en outre, la sécurité apportée par la carte à micro-circuit devenait un facteur déterminant.
C'est ainsi qu'a été entrepris le développement de 1а première carte à micro-circuit porte-clé PCO [3-2].
La carte PCO peut étre considérée comme une sorte de bloc note mémorisant des autorisations ; une autorisation peut être définie comme l'ensemble des données permettant de donner l'accès à un service.
Ces données sont pour l'essentiel de 3 types :
. Un identificateur qui permet de sélectionner ou де rechercher une autorisation sur la carte,
. Des conditions d'accès : dates de validité d'un abonnement, coût d'un programme,
. Des clés secrètes qui viennent paramétrer un algorithme cryptographique et permettent de recalculer les mots de contrôle, ces clés constituant l'élément secret dont 1а relecture depuis l'extérieur est impossible.
L'utilisation de PCO a permis de prendre conscience de certaines limitations :
. Existence sur la carte du seul algorithme direct et donc impossibilité d'assurer 1а fonction carte-mère avec le même support,
. Pas de possibilité de paiement а la consommation,
ces limitations ont conduit au développement du porte- clé vidéotex dit РС: [5-1] qui offre ces possibilités, sachant que le paiement à 1а consommation n'est pas un paiement à la durée.
Par contre dés PCO, le contrôle de l'inscription des titres d'accés dans 1a carte, et en particulier des clés secrètes, a été conçu en faisant intervenir une autorité émettrice, seule détentrice d'une clé dans la carte : c'est là la fonction de la zone émetteur de la carte inscrite dans celle-ci à sa mise en service et qui en permet 1e contróle tout au long de sa vie.
Une nouvelle étape sera franchie avec le développement du porte clés PC2 qui, outre l'affinement des fonctionnalités de PCl, permettra d'introduire la notion de portage du support de titres d'accès entre opérateurs de service (tout en préservant l'indépendance de ces opérateurs).
- 25 –
Em
6. LES PROTOCOLES DE COMMUNICATION DE L'ACCES CONDITIONNEL
Le développement des systémes d'accés conditionnel aux services de radiodiffusion a conduit aux développements de protocoles de communication. Ces protocoles permettent aux opérateurs de service d'acheminer vers les cartes à micro- circuit supports de titres d'accés, d'une part les conditions d'accés aux programmes diffusés, d'autre part les autorisations à inscrire dans les cartes.
Différents systémes de diffusion de données ont été imaginés pour diffuser l'une ou l'autre ou les deux de ces messageries, par exemple :
Systéme à 48 bits/ligne proposé par RPIC,
Systémes basés sur DIDON ou UK-Teletext,
Utilisation de porteuses numériques,
Utilisation du multiplex numérique des systémes MAC-PAQUET.
Dans tous les cas les conditions d'accés aux programmes sont diffusées avec le signal de programme lui-même ;
les autorisations peuvent étre distribuées par d'autres réseaux que le réseau de diffusion (par exemple service videotex) mais l'utilisation du réseau de diffusion est particulièrement avantageuse dans le mesure où elle n'implique aucun investissement supplémentaire en moyens de communications ; tel est le but du service d'adressage sur antenne qui fournit le véhicule de distribution des autorisations.
Cependant quels que soient les systèmes de diffusion de données proposés et les moyens de transport envisagés, 1а distinction entre les messageries véhiculant les conditions d'accès et les messageries véhiculant les autorisations s'est imposée et а conduit aux notions désormais communément admises d'ECM (Entitlement Checking Message-Messagerie de contrôle des titres d'accès) et d'EMM (Entitlement Management Message-Messagerie de gestion des titres d'accès).
Dans ce contexte, le processeur de décryptage devient un simple convertisseur de protocole entre :
.
. Les circuits d'acquisition de données,
. Les circuits de désembrouillage (configuration du Générateur Pseudo Aléatoire),
. La carte à microcircuit.
Données ——] Processeur | — ———- DESEMBROUILLAGE
T
{ 4 | сам js
= ы
~ 28 –
7. EMBROUILLAGE DU SON
Depuis les débuts de la télévision cryptée en France, le son est traité en bande de base, par retournement du spectre audio au moyen d'une modulation de type BLU effectuée aprés préaccentuation.
La fréquence de transposition est fixe, et son choix est discutable, résultant d'un compromis entre la qualité de la réponse voulue aux basses fréquences pour l'ensemble de la chaine et les capacités de modulation des émetteurs son en haute fréquence.
Ce compromis s'établit à 12 800 Hz (soit 256 x 50 На) pour les émetteurs en norme L, mais PHILIPS a également produit des matériels fonctionnant a 13 800 Hz [7-1], et des propositions ont été faites par d'autres firmes pour un retournement autour де 15 625 Hz [7-2], се qui, il faut bien l'avouer, parait bien naturel et bien tentant...
D'autre part, afin de contourner les difficultés dues à l'insuffisance de la réponse en haute fréquence des émetteurs son de télévision et de pallier les dégradations liées à l'enregistrement du son des émissions avant décryptage, PHILIPS a récemment proposé de remplacer ce traitement de retournement de spectre par un processus de translation de spectre obtenu par une technique de double retournement [7-3] ou de double modulation БІЛ). Dans се cas, la préaccentuation avant traitement devient inutile et le signal brouillé peut se manipuler aussi simplement qu'un signal non brouillé, tout en étant inintelligible.
Quoi qu'il en soit, ces procédés analogiques де traitement du son ne sont pas satisfaisants dans la mesure où 115 dégradent considérablement 1а qualité sonore et où ils sont stationnaires, ce qui en rend le piratage très aisé.
І1 faut donc faire intervenir, comme pour le cryptage de l'image, des grandeurs cryptographiques permettant une variabilité du traitement audio, et remplacer les opérations de simple “brouillage" évoquées ci-dessus par des véritables méthodes de cryptage.
Un procédé récemment proposé par PHILIPS consiste à faire varier d'une manière aléatoire, la fréquence de transposition utilisée dans un système à retournement de spectre, ou mieux, le déplacement de fréquence procuré par un système à double retournement de spectre (mode dynamique) [7- 41.
~
D'autres procédés existent, fondés sur des manipulations temporelles de portions de signal (obtenues par mémorisation numérique) et transmission analogique [7-5].
Le point commmun à ces diverses approches, est 1а nature analogique de la transmission sonore, et l'utilisation du canal audio propre aux systèmes de télévision classiques, avec ses limitations qualitatives intrinséques et incontournables.
Les méthodes les plus satisfaisantes pour obtenir un son de bonne qualité et un cryptage réellement efficace font appel à des procédés 100 % numériques (codage, traitement et transmission).
. La présence d'un Générateur Pseudo Aléatoire utilisé pour la dispersion d'énergie dans certains procédés permet aisément de crypter је son (modification du mot d'initialisation ou du GPA).
. L'indexation des émissions est en général présente dans le train numérique composite, et permet donc une gestion segmentée des autorisations.
. La présence d'une certaine capacité de données "réservée à des usages futurs" peut être mise à profit pour compléter le systéme d'accés conditionnel.
Lorsque le son est destiné à accompagner une image de télévision, la transmission peut s'effectuer
. Soit dans le signal vidéo composite, sous forme multiplex en bande de base : - SIS [7-6] - D/D2MAC Paquet
. Soit sur une porteuse numérique en modulation par sauts de phase : - C/MAC [7-7] - NICAM 728 [7-8]
Dans le cas où seul le son est concerné, indépendamment de tout contexte télévisuel, on peut réaliser un accès conditionnel de méme type.
- 29 .
- 30 -
Dans ce cadre général, s'insérent les études concernant le cryptage destiné à l'anti-piratage des disques compacts audio ou des enregistrements magnétiques DAT, problémes qui rejoignent d'une maniére enore plus générale le contexte de la protection des données numériques.
8. INTERFACE НОММЕ/МАСНІМЕ - ERGONOMIE
Le premier système de télévision à accès conditionnel disponible dans le grand Public français а été le système де Canal + [8-1]. L'ergonomie rustique en est à la mesure de la simplicité du sytème d'accès conditionnel employé : un clavier à 10 touches permettant l'introduction manuelle d'une messagerie de contrôle d'accès de 8 chiffres (де 0 à 9), plus une touche permettant de placer le décodeur dans le mode “introduction de messagerie" et une touche de validation, ainsi que trois voyants де signalisation constituent l'interface homme-machine ... un bien grand mot !!!
L'ensemble ве complète actuellement d'une manière harmonieuse par le Minitel, le serveur de Canal+ réalisant une fonction quasi-immédiate d'adressage des messageries.
Lorsqu'il s'est agi de faire évoluer les systèmes d'accès conditionnel sur 1а base de 1а même interface d'usager, la limitation principale à la flexibilité et à la sécurité du système а été d'ordre ergonomique ; cette limitation se concrétise par ја sujétion créée par la nécessité de saisir et d'introduire manuellement des messageries numériques de grandes longueurs sans que cette opération ne devienne une cause d'erreurs rédhibitoires (d'autant que, pour des raisons de sécurité évidentes, il est souhaitable que le décodeur se bloque complètement après un certain nombre, assez réduit, de tentatives consécutives d'introduction de messageries erronées).
La limite a été établie avec le système RT 86 à 10 chiffres de messagerie de contrôle d'accès.
L'adressabilité directe (par envoi d'EMM sur le canal de transmission) constitue un progrès considérable en matière d'ergonomie dans la mesure où elle libère l'usager de 1а contrainte constituée par le pilotage manuel de son terminal. Toutefois, l'une des difficultés de l'adressabilité au plan ergonomique vient de l'aspect information de l'usager. La signalisation des droits stockés dans le désembrouilleur est en effet indispensable et se complique singulièrement pour des systèmes multi-cpérateurs et multi-modes-d'accès.
On peut imaginer que l'un des premiers soucis qui ont motivé је désir précoce de mettre en oeuvre les cartes "а mémoire" dans 125 services à accès conditionne! était де nature ergonomique. C'est d'ailleurs, probablement l'aspect auquel le Grand Public est le plus sensible, et qui justifie
au ЖЕ
Lane
probablement le succès de la Télécarte ; Portabilité des titres (fonction "porte-clés"), fonctionnement automatique avec absence de clavier, fonction "clé parentale" assurée de facto, impression de sophistication de la technique ... etc.
Toutefois, cette approche est susceptible de rebuter certains utilsateurs et c'est pourquoi les problèmes ergonomiques se posent de manière de plus en plus cruciale avec des systèmes "sourds" (pas ou peu де commandes apparentes) et "muets" (pas ou peu de signalisations apparentes), où tout le dialogue s'effectue de manière invisible avec le microcontróleur d'une carte à puce.
L'interface Homme/Machine la plus demandée à l'heure actuelle fait appel à :
. Télécommande infra-rouge, . Incrustation de symboles, а Menus déroulants, curseurs...
Elle nécessite donc un volume de logiciel important et le matériel de génération de symboles et d'incrustation sur l'image du téléviseur.
De telles interfaces Homme/Machine peuvent être
simulées et développées à l'aide d'outils spécifiques [8-2].
9. ARCHITECTURE DES TERMINAUX ET DES EQUIPEMENTS D'USAGERS
L'architecture de l'installation d'usager est aujourd'hui centrée sur le téléviseur, qu'on peut décomposer en deux sous-ensembles fonctionnels :
. La partie de sélection - démodulation vidéo et son. . L'ensemble de visualisation et de restitution du son.
L'insertion du désembrouilleur entre ces deux parties du téléviseur s'effectue naturellement par 1а prise "péritélévision" [2-1].
Dans un certain nombre de cas particuliers, rattachés à la télévision classique, le sélecteur démodulateur inclus dans le téléviseur ne peut pas être utilisé tel quel dans l'application de télévision à accés conditionnel, et 1e "décodeur" doit, tout comme le magnétoscope, être équipé d'un Sélecteur démodulateur de caractéristiques adaptées
. Réseaux cáblés à plans de fréquences particuliers, Transmission de courte portée en micro-ondes [MMDS]
. Réception d'émissions par satellite []
. Systémes à porteuse numérique [Nicam 728]
. Mauvais comportement de certains sélecteurs-démodulateurs vis-à-vis des signaux numériques.
~
Les cas des standards D/D2MAC est plus délicat à traiter.
Lorsque le sélecteur-démodulateur inclus dans ie téléviseur ne peut pas recevoir le signal MAC, il devient évident que le terminal де désembrouillage doit inclure un sélecteur-démodulateur et un désembrouilleur MAC, seule la partie visualisation du téléviseur étant utilisée.
Si le téléviseur est d'origine prévu pour la réception et la visualisation d'images MAC, deux stratégies sont possibles :
L'une des plus directes consiste à utiliser 1а même structure qu celle qui est connue pour les décodeurs français actuels : raccordement à la prise péritélévision. Le signal D/D2MAC crypté est prélevé sur cette prise par le désembrouilleur et restitué à la prise, soit sous forme D/D2MAC non crypté, soit, mieux, sous forme RGB décodé (11.
Dans ce dernier cas, l'installation de l'usager comporte deux dispositifs de décodage de 1а chrominance : l'un pour le D/D2MAC, inclus dans le "décodeur", l'autre pour le PAL/SECAM, incorporé d'origine dans le téléviseur/moniteur. Le gâchis (pièces et fonctions redondantes) est évident si ce dernier est équipé d'un châssis "numérique"....
L'autre consiste à prévoir une interface de type informatique entre le décodeur MAC inclus dans le téléviseur et un dispositif extérieur d'accès conditionnel. Le dialogue consiste à l'émission des ECM du Téléviseur vers le Sous-Système de Contrôle d'Accès (CASS) et la détermination des mots de contrôle par le Sous- Système de Contrôle d'Accès (CASS) à destination du téléviseur, ainsi que l'acquisition des EMM et leur stockage dans le Sous-Système de Contrôle d'Accès (СА55), qui inclut éventuellement la carte à microcircuit.
Cette stratégie nécessite d'importants travaux de normalisation au niveau de l'accès conditionnel, ce qui n'est pas forcément souhaitable du point de vue des opérateurs pour qui normalisation peut être synonyme de porte ouverte au piratage. Toutefois, ces travaux de normalisation progressent et un consensus semble en voie de s'établir autour de l'interface type “D2BUS" proposée initialement par Philips.
10. LES STANDARDS D2MAC
L'apparition des standards МАС (DMAC, D2MAC) [10-1] constitue en quelque sorte l'aboutissement des évolutions de la télévision au cours de 1а décennie ; parmi les avantages qu'apportent ces standards on peut citer :
. L'amélioration du codage de la couleur,
. Le son numérique,
. L'intégration aisée dans le standard de l'embrouillage et de l'accés conditionnel,
. La facilité d'intégration de services annexes (télétexte, diffusion de données, messsagerie de programmes, ...),
. Ergonomie d'accés aux services.
De par leur conception ces standards sont le support naturel des services à conditions d'accés. Ils permettent désormais d'envisager le développement de ces services dans les meilleures conditions techniques.
Il n'en reste pas moins que les standards MAC ont cependant leurs limitations :
. Leur diffusion hertzienne soulève encore des difficultés,
. Le standard fige le générateur pseudo-aléatoire ce qui ferme certaines possibilités d'évolution,
. Dans l'avenir, 1а diffusion numérique de 1а télévision apportera sans doute une amélioration décisive des techniques d'embrouillage.
11 est cependant rassurant de constater que le livre reste ouvert et que nous n'en avons pas écrit la dernière page.
~ un
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11. CONCLUSION
En conclusion, le D/D2MAC constitue donc 1а synthèse d'une décennie de progrès en matière de transmission audiovisuelle : application de méthodes de multiplexage des composantes utilisées depuis quelques années dans le domaine professionnel, et ajout de fonctions complémentaires appréciables pour les opérateurs et pour les utilisateurs.
Toutefois, le D/D2MAC en clair parait bien lourd et bien coûteux pour réussir à s'imposer rapidement et se justifier facilement en tant que standard de télévision pure en remplacement du PAL et du SECAM. Son usage, en effet, nécessiterait de toutes façons une dépense supplémentaire pour 1e consommateur et pour le diffuseur, et ne s'appliquerait qu'au satellite et au câble.
Sa pénétration sera également liée à la qualité et l'intérêt des programmes offerts par les opérateurs. Au contraire, il se développera sans doute progressivement grâce à la valeur des services qu'il offre en plus de la télévision telle qu'on la connait actuellement :
. Le son digital multicanaux, Le télétexte incorporé...
et surtout, il a de fortes chances de s'imposer à moyen terme comme standard de télévision cryptée pour les grands opérateurs, du simple fait que le système est prévu d'emblée pour incorporer les fonctions nécessaires à l'accès conditionnel, qui est l'un des moyens offert aux opérateurs pour rentabiliser le lourd investissement nécessaire et l'obtention des programmes de haute qualité que ces techniques permettent - et imposent - de diffuser pour assurer leur pérennité.
12. BIBLIOGRAPHIE, REFERENCES ET NOTES
[1-1] Antiope USA. Maîtrise d'oeuvre TDF et SOFRATEV. Référence : CBS/CCETT "North American (NABTS) Broadcast Teletext Specification" 22/06/1981
[1-2] Document TDF : LAR/CAS/100/82/LG du 06/10/82 :
"Addendum а la Spécification DIDON-ANTIOPE pour le Contrôle d'Accés"
[1-3] [1-4]
[1-5] marché TDF n° В 9043 Т notifié le 31/10/80 : intitulé : "Développement d'un dispositif de décodage TV à péage "institutionnel""
[1-6] marché TDF n? B 9047 У notifié le 28/01/81, intitulé : "développement d'un dispositif de décodage TV crypté "grand-public""
[1-7] marché CCETT n° 86 МЕ 02, notifié le 16/07/87, intitulé : "étude, réalisation et fourniture d'une maquette de récepteur D2MAC/Paquet"
[1-8] marché CCETT n° 86 МЕ 26, notifié le 08/12/86, intitulé : "marché relatif à l'étude, la réalisation et la fourniture de maquettes de modules de contrôle d'accès pour récepteurs D2MAC/Paquet"
[1-9] Document RTIC TID-DEV/87/056/FI/LF du 17/03/87 : "Spécifications du module contróle d'accés du récepteur D2MAC"
F. ISSALY, T. GARCIN, P. MORASSI.
[1-10] Marché France-Télécom n° 89 23 215 : "Fourniture de terminaux sélecteurs décodeurs désembrouilleurs pour service télévisuels à conditions d'accés à la norme D2MAC".
[2-1] Norme frangaise NF C 92 250
[2-2] Brevet 76 24 304 déposé 1е 09/08/76 : "installation de transmission de sécurité de télévision"
WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION - U S.
37
- 38 -
[2-3] procédé dit "DISCRET 3" :
Brevet Européen EP 0119 945 B1 :
"procédés et dispositifs d'embrouillage et de désembrouillage pour images de télévision "
Inventeur: C. GAUTIER
Etablissement public "Telediffusion de France"
[2-4] procédé dit "DISCRET 4"
Brevet français n° 85 101 94 :
"procédé d'embrouillage et de désembrouillage d'images de télévision"
Inventeurs: C. VICTORION, J. GUIONNET
Etablissement public : "Telediffusion de France"
[2-5] marché TDF n? B 9047 Y, déjà cité.
[2-6] Rapport final lot A (phases 1, 2, 3) du marché TDF n° B 9047 Ү, daté du 29/04/1882 (J.P. ARRAGON, С. CANTOU, L.E.P.)
[2-7] marché DISCRET 11 pour CANAL + FRANCE :
- Contrat signé le 13 décembre 1983,
- Début de livraison en Juillet 1984,
- 2 500 000 décodeurs livrés à ce jour (Mars 1990).
[2-8] marché TDF n? В 9047 Y. La Radiotechnique a également mené des études dans ce domaine sur fonds propres.
[2-9] Rapport: "Application d'un coupie de convertisseurs video"
M. ERNOU, S.A. La Radiotechnique, Septembre 1985.
[2-10] Brevet français n° 83 13 540 : " G.P.A à sécurité accrue" Inventeurs : J.P. ARRAGON, G. MARIE, S.A. "LA RADIOTECHNIQUE".
[2-11] DISCRET 12 : premier décodeur à technologie numérique pour signaux de télévision en bande de base produit industriellement par La Radiotechnique ; - premières livraisons en Octobre 1985 à TELECINEROMANDIE (Suisse) - Fournitures en :
. ISLANDE (STOD 2)
. SUISSE (TelecineRomandie)
. NORVEGE (ОККА TV)
. ITALIE (RAI)
[2-12] Utilisations du décodeur DISCRET 12 (ou TDR 12) en France par l'Administration ou pour іа Communication Institutionnelle :
. DTRE
. DOT (Nancy, Сегду)
. VIDEOSPACE
. PEUGEOT S.A.
+ U.A.P. (voir [7-1]
[2-13] TUDI 12: premier sélecteur-désembrouilleur produit par La Radiotechnique: - Premières livraisons en Septembre 1986, - Utilisateurs : . ISLANDE (STOD 2), . SUISSE (TelecineRomandie, Telereseau), . NORVEGE, | . IRLANDE (Cablelink), . ANGLETERRE( British Medical TV ), . SUEDE (Televerket).
[2-14]
[2-15] Brevet français n° 88 07 781 :
"Correction d'un signal video"
Inventeur: J.P. LANDRAGIN
S.A." LA RADIOTECHNIQUE INDUSTRIELLE ET COMMERCIALE"
[3-1] Revue Radiodiffusion Télévision. Didon-Antiope - Spécifications techniques - Norme L 1984.
[3-2] Marché TDF - C1118 2.
[3-3] Recommandations et rapports du CCIR, 1986. Volume XI - Service de radiodiffusion (Télévision).
[3-4] Document CCETT AIS/T/05/85/DR. Didon 3 - Spécifications techniques.
[3-5] TUDI 14 : sélecteur-désembrouilleur adressable avec transmission de données à 800 eb/s, équipe : - 2M/MAROC:
Contrat signé en Septembre 1988, Inauguration du système complet le O3 Mars 1989, - CANAL + BELGIQUE: Contrat signé en Mai 1989, Premiéres livraisons en Septembre 1989, Inauguration 1e 27 Septembre 1989, - L'IRLANDE (applications MMDS et câble).
– 40 –
[5-1] Document CCETT ASP/T/14/87/LG. La carte porte-clés PCI - Description générale.
[7-1] Matériels fonctionnant en 13 800 Hz :
- Discret 11 modifiés pour L'UAP (communication institutionnelle, voir [2-12].
[7-2] C'était notamment le cas du système prévu par RTBF à l'intention de CANAL + BELGIQUE.
[7-3] Brevet français n° 85 05 951 :
"Système pour 1а transmission secrète de signaux audio et téléviseur pour la réception de tels signaux"
Inventeurs : У. CAPRARESE, Th CHRETIEN, К. DAUVILLIER,
S.A. "LA RADIOTECHNIQUE”
[7-4] Brevet francais n° 87 18 045 :
"Procédé de système de brouillage/désembrouillage du son" Inventeurs : V. CAPRARESE, D. GOGUILLON,
S.A. "Ба Radiotechnique Industrielle et Commerciale"
[7-5] Procédés par manipulations temporelles de portions de signal sonore préalablement mises en mémoire numériquement :
[7-6] SIS (Sound-In-Sync) : [7-7] C/MAC
[7-8] NICAM 728 : en réponse à la demande d'un grand opérateur pour disposer d'un son de qualité numérique sur une émission de télévision conventionnelle cryptée, PHILIPS-RPIC avait fait la proposition d'utiliser le NICAM 728, avec transmission des ECM dans les zones de données disponibles du train numérique du NICAM, et possibilité d'adressabilité à grand débit dans les cas de transmission monophonique ou d'utilisation de la voie sonore analogique seule.
[7-9] Cela est le cas de 1а Radiodiffusion numérique sur satellite. PHILIPS-RPIC avait notamment proposé, en réponse à une consultation de l'Administration Frangaise, d'adapter ie système proposé en Allemagne par le BMFT et l'IRT à l'utilisation sur réseaux cáblós en y adjoignant un systéme d'accès conditionnel.
[8-1] Contrat signé le 13 Décenbre 1983
[8-2] Outils de simulation et de développement pour études d'ergonomie без interfaces homme-machines évoluées.
[10-1] Doc. Tech. UER 3258. Spécifications des systèmes de la famille MAC-PAQUET.
nat |
ELEMENTS OF THE MAC/PACKET FAMILY
David WOOD, Edgar WILSON EBU Technical Department
Case Postale 67
Ancienne Route 17А
1218 GRAND SACONNEX - GE SUISSE
Tél : +41 22 798 77 66
Elements of the MAC/packet family
David Wood and Edgar Wilson EBU Technical Department Geneva, Switzerland
INTRODUCTION
The MAC/packet family of systems is the result of collaborative work by European broadcasters and manufacturers. The development began in 1981. This paper is a brief introduction to the system. It is not a detailed technical treaties. The EBU- published specification and other publications are readily available. The story is one of the most important and interesting in broadcasting technology, and the system is still in the process of expansion.
SATELLITE BROADCASTING
In the 1970s, it became clear that satellite broadcasting, DBS, was a practical possibility, and Europeans were anxious to plan satellite broadcasting bands so that services could begin. The existing television bands (the terrestrial services) were virtually full up. For the new age of satellite broadcasting, recourse had to be made to the higher and as-yet unused 12 GHz band.
In 1977, a worldwide conference was convened to plan the 12 GHz satellite broadcasting band, for all parts of the world except the Americas.
In Europe, it seemed likely that satellite broadcasting would use the television systems PAL and SECAM then in use. An elaborate plan was devised, whereby the 12GHz band was divided up into sets of 5 television channels, which were given to essentially all countries, large or small.
Although, just after 1977, it seemed that the PAL and SECAM vision systems were to be used for DBS, there was considerable support for using digital sound with satellite broadcasting. Both in Europe and Japan, studies were made on ways to accompany conventional television with digital sound. These reached similar conclusions, and subsequently in Japan (іп 1984), a satellite was launched using the digital sound system, together with NTSC vision. This is still in use in Japan today. Essentially, the
m ET
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existing sound sub-carrier for television, which is arranged to be just above the vision signal, is replaced by a package of up to four, very high quality, multiplexed digital audio signals. As explained later, this is termed an A-type system.
іп Europe, by the early eighties, there was a feeling that ,while digital sound alone was a worthwhile improvement, we could also go even further, and develop an entirely new sound and vision system, The new system could bring the benefits of the new CCIR production standard, Rec 601, to the home, by using separate Y, U, V components, rather than the PAL and SECAM systems. This would provide for higher picture quality, as screens of larger size became popular.
New systems were entirely admissible in the 12 GHz broadcast bands, provided they were compatible with the interference requirements of the WARC 1977 plan.
CONVENTIONAL TELEVISION
Colour television signals, as normaily broadcast, are formed by simultaneously transmitting the Luminance and Colour-difference signals. A monochrome receiver uses just the Luminance signal, to display a monochrome picture. The colour receiver uses all three to display a colour picture by re-forming the three colour Primary signals.
Because of the properties of the eye, the amount of detail present in the Colour- difference signals, U and V, need only be about one third of that present in the Luminance signals Y. This can be used to advantage in the broadcast system.
Transmitting the three signals at the same time will inevitably cause some mutual interference, but it is possible to reduce it to a point where it can barely be seen, and this is what is done in the PAL, NTSC, and SECAM systems.
The television picture is made up of horizontal lines, and the effect this has, is that the frequency spectrum of the vision signal falls in a series of bunches, rather than in a continuous spectrum. In between the bunches there are spaces, and the colour- difference information, which also falls in bunches, is arranged to fall in these spaces. The spectra are like combs. They are arranged so that the teeth of one fits between the teeth of the other.
When they are broadcast, the Colour-difference signals are moved to the part of the Luminance signal which carries fine detail. This makes them less conspicuous, and this, combined with the previous fact that only a limited amount of colour difference information is needed, makes it possible to transmit all three signals at the same time, without major interference between the components.
There are three colour television systems in operation in the world: PAL, SECAM, and NTSC. The basic philosophy of the three systems is the same. It is the simultaneous transmission of Y,U, and V signals. There are, however, slight differences in the way the U, and V are carried in each of the three systems, so receivers designed for one system cannot unfortunately decode the others.
Up until the end of the 1970s, not only television broadcasts used the PAL/SECAM/NTSC formats. The same format was used for recording and picture processing in the television studio.
At that time, the EBU proposed that there should be a new format for the production of television programmes, for which the components Y, U, and V were recorded and processed separately. The motivation for this was the hope that all Europe ( or even the world) could move to the same unique production standard. It was also believed that it would lead to a higher technical quality final product.
It was also Suggested that, apart from providing a source for PAL/SECAM/NTSC broadcasts, the new production source could also be a spring-board to the development of a new broadcast format, which would provide a higher technical quality service than the current colour television broadcasts.
MAC, THE NEW TELEVISION SYSTEM
In the early 1980s, it was clear that there was a growing demand in Europe for ever larger screen televisions. it did seem however that there would be limits to what would be possible, because of the bulkiness of the CRT display, and the physical size of European living rooms. At that time it seemed, in short, that a new television system which could deliver the new component standard, Rec. 601 signals to the home (but no more) was what was needed for the foreseeable future in Europe. There was enough detail to saturate the eye, for the screen sizes likely to be available. Only at a later time would it be necessary to move to ‘high definition television’.
It was with this in mind that the MAC vision coding system was developed in the early 1980s. It was essentially a means of transporting to the European home, the benefit of the new studio standard, Rec 601.
In addition it seemed also important that the new system should be flexible and open- ended, so that it could be enhanced if new display systems were available to warrant it. Therefore it was intended to be extendible upwards in quality at a later date.
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The MAC vision system uses a technique of time compression to transmit the Y,U, and V signals separately. Each television line of Y, U, and V is compressed in time, so there remains space in the real television line for more than one component. This idea was not new, even in 1981 when the idea was first put forward by the UK IBA. it was however only then that large scale integration made possible the practical implementation of such а system in the home receiver.
Before transmission, the television line is converted to a digital version by sampling and coding. The signal is read into a digital store at a given rate, then read out at a faster rate. Оп each line are included compressed versions of the luminance component and one of the two colour-difference components. In this way, the three components are transmitted separately.
When colour television was introduced, account had to be taken of the existing monochrome receivers in peoples homes. As television services evolve further, this same requirement exists. The requirement for simultaneous reception on earlier generations ,or simpler, receivers is termed backwards compatibility.
To achieve this in a terrestrial television service would mean that the new service has to be fundamentally based on the existing system. To achieve backwards compatibility for satellite broadcasting, there are extra degrees of freedom. This is because the viewer inevitably needs a new satellite receiver, whatever the broadcast system used. Therefore, into this receiver can be included circuitry to convert the signal to the earlier standard. The critical question in the case of satellite broadcasting is how much extra it costs to do the conversion.
The route taken with MAC was to define a system that could either be directly fed to the receiver or very cheaply converted to the old formats (PAL and SECAM). This is achieved by scanning system compatibility. The same number of lines per picture is used and the same picture rate. Conversion in the satellite receiver to PAL or SECAM costs very little, but many viewers can connect directly to the receiver, via the RGB video connector in the receiver.
In addition, the MAC system is made to suit the environment of satellite broadcasting, better than PAL and SECAM does. Satellites have particular features which makes the PAL and SECAM systems less suitable than they are for terrestrial broadcasting.
In brief, this is because in terrestrial broadcasting, the position of the colour-difference information with respect to the Luminance information does not influence how the signals are effected by noise. In satellite broadcasting the effect of noise is worse in the part of the Luminance which contains high detail. This is the triangular noise which is associated with frequency modulation, used for satellites.
іп PAL, SECAM, and NTSC the high detail area is the area where the colour information is located. So, we might expect that # we used PAL or SECAM for satellite broadcasting, there would be more noise in the colour signals than in the luminance signal. This is what happens. The effect is tolerable, and it is definitely possible to broadcast PAL and SECAM by satellite , but there is a tendency for highly colored pictures to be noisy. This lack of noise is another of the benefits of the MAC system. The MAC system is designed to avoid this, because the colour information is not moved to the area of high detail as it is in PAL and SECAM.
There was another benefit of the MAC system, which some viewed as the most important of all. This was the cultural benefit of having a unique satellite broadcast standard throughout Europe. A single receiver could be used throughout the continent. This was certainly a noble idea.
As it turns out, the interests of Europe as a whole prove not to have the highest priority for the individual states.
THE MAC/PACKET FAMILY
The MAC/packet system is by no means only new in respect of its image system. In fact in the receiver, the changes in vision circuity are largely overshadowed by the changes to the sound and data circuitry. There are very important sound, data, and control aspects to the system.
The sound quality perceived by the listener depends on the capability of the broadcast system and, as always, the capability of the receiver that the viewer has. The broadcast system sets a limit to what the viewer can hear, but below this, what he actually hears is set by his home installation.
The human psycho-physical system is considered to be able to benefit from audio bandwidths of up to about 15kHz. The threshold of perception can be beyond this, but the higher frequencies do not seem to contribute to audio quality.
At the time the MAC/packet system was developed it seemed forward-looking to design a digital sound system to permit 15kHz audio bandwidth, with in-audible background noise. The system needed to allow stereo sound, or a range of alternative sound channels. These might be used for carrying alternative language versions of the television sound, or even for other independent sound services.
The system allows a number of sound coding and FEC options. All the systems are
based on the use of 32 kHz sampling-frequency. The audio coding can be 14-10 NICAM or 14 bit linear.
— 47-
Teletext is also an important broadcast medium, and it is feasible that other data based broadcast services will be developed in the years ahead.
The need was therefore perceived in 1982 to transport digital data for sound or other services, and to allow for extensions of the image systems at a future time. This led to the conciusion, which was quite revolutionary at the time the system was developed, that what was needed was a flexible multiplex, which could be used for a variety of services.
The broadcast signal should not only contain the services themselves, but an explanation of what was being broadcast. This could be interpreted by the receiver, which could, in turn, configure itself to the transmission. In short the system was conceived to work with an intelligent receiver. The old world, where a there was always a one-to-one relationship between the service and the channel, would be superseded, by the new world of microprocessor and flexibility.
To accomplish the above, a service identification system was developed, for transmission along with the picture, sound, and data. This labels and describes each component on the service, so that the receiver can adapt itself accordingly.
The original system developed was termed the C-MAC/packet system. The term 'C' describes the multiplex method used. The term 'packet' is associated with the fact that the sound and data signals are arranged in fixed length packets.
It may be interesting to note that this package had a pan-European origin. The MAC vision system was originally developed in the UK by the IBA. The Packet system was developed in France and the C system in Scandinavia. In addition a particularly ingenious part of the sound and data packet structure was devised by German engineers.
However, in the year that followed the initial development, some of the optimism for the C-MAC/packet system began to fade. Manufactures in France and Germany argued that if they were to produce receivers quickly, in time for services in 1985 and 1986, they needed to implement a simplified version of the system proposed, which had less options. less flexibility, and would allow less complex circuitry in the receiver.
Manufacturers also argued that, however well the system was tailored to satellite broadcasting, it was not well suited to local re-transmission on some cable networks.
For all these reasons, France and Germany drew up their own variant of the system, termed the D2-MAC/packet system. This offered a limited range of options for the sound and data signals, and half the sound and data capacity of the original C- MAC/packet system.
Later in the 1980s, again at the suggestion of receiver manufacturers,a further system was developed, which retained the original features of the C-MAC/packet, but allowed a slightly simpler home receiver. This was the D-MAC/packet system. This effectively superseded the C-MAC/packet system.
The D2-MAC/packet and D-MAC/packet systems are considered to be (founder) members of the MAC/packet famlly.
For the two members of the family many elements are the same. This includes the methods of vision and sound coding. However, the data capacity of the D2 system is half that of the D system. Тһе D multiplex is effectively two D2 multiplexes side-by- side.
The EBU hoped that manufacturers would market receivers which received both and accepted both systems. This unfortunately is not happening for commercial reasons, although there have been some more positive developments on this matter recently.
The EBU’s original classification for DBS systems is as follows:
A SYSTEMS
Frequency multiplexing, with a picture signal, of a digitaly modulated sound and data sub-carrier
B SYSTEMS
Baseband time multiplexing, with the picture signal, of a full response digitally coded sound and data signal
C SYSTEMS
Radio frequency time multiplexing of a sound and data system with the picture signal
D SYSTEMS
Baseband time multiplex of a picture and a sound and data system with partial response coding (more specifically duo-binary coding)
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- 50 –
CONDITIONAL ACCESS
Every television service provider needs the means to finance the programme production. Satellite services require initial funds to pay for the satellite launch and subsequent running costs. Equally, programmes which draw large audiences are often expensive to produce. One means to make this equation work is pay-television, or Conditional Access. Technically such systems have two parts.
The first is the process of rendering the picture, and possibly also the sound, un- intelligible unless special measures are taken. This is termed the Scrambling system.
The second is the mechanism for conveying the information to the viewer on how to make the picture coherent. This is known as the Encryption system.
There is normally a conflict in picture scrambling systems, in that the scrambling systems which are the most secure can also leave the most residual picture impairments when they are de-scrambled. This is slightly less of a problem with the MAC vision system, because of the compression process used.
The Encryption system can take a variety of forms, however some of them require large amounts of data capacity to be available ('Over-air addressing". This is по problem for the MAC/packet system, which is designed for data transport. Thus on balance, the MAC/packet system is particularly well suited to Pay-TV, because it is less susceptible to impairments, and also can cope with any kind of Encryption system.
It proved relatively easy to agree on a universal Scrambling system for the MAC packet family, but this was not the case for an Encryption system. Some broadcasters saw the use of an individual Encryption system as a commercial advantage, and would not agree to a unique European system. Their logic was that if the user has a specific system, just for your channel, he is less disposed to use (and thus watch) someone else's channel. Having invested, he would be something of a captive market.
Time will tell if this was a short sighted perspective.
The general principles of the conditional access system are as follows. The different components (picture, sound, data) are first scrambled by a pseudo-random binary sequence(PRBS) from the scrambling sequence generator. The start point in the cycle of the PRBS generator is defined by a so-called "control word".
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There may be a “local” control word (а fixed binary word) built into the receiver which can be used where there is to be free access to the programme. The receiver can descrambie the signal without other decryption data. Where access is to be controlled or not free, a variable control word can be encrypted by a two tier "authorization key". This іп turn is encrypted by a “distribution key". To decrypt the encrypted authorisation key, the user uses his personal distribution key, together with the encrypted authorization key (the Entitlement Management Message or EMM), which may be transmitted with the broadcast signal, or sent by some other physical means. To obtain the control word, the user needs the authorization key and the encrypted version of the control word. The signal can then be descrambled by a pseudo-random binary sequence identical to that used for scrambling.
The entitlement checking message and the entitlement management message (respectively, the encrypted version of the control word and the encrypted authorization key) can be both transmitted in the packet multiplex, or the EMM can be conveyed to the subscriber by other means ( e.g. post), depending on the type of key management system (the " access control system")
The MAC vision scrambling is done by cutting and rotating active picture line segments. #15 possible to define, by a pseudo random binary sequence, either a cut point in the luminance and in the colour difference (the double-cut component rotation process) or a single cut point in the colour difference signal (the single cut line rotation process). The first process offers higher security but is somewhat more sensitive to line tit distortion, and arnplitude-frequency response distortion which can occur in cable networks or the RF stages of receivers. The overall response required for line tit is about 1% to 5%, depending on the masking effect of any noise in the picture.
The digital signal is scrambled by modulo-2 addition of a pseudo random binary number.
DEVELOPMENTS IN THE MAC/PACKET FAMILY
The MAC/packet family is not static, and the specification is now being further developed in two major areas.
FULL-CHANNEL MODE The first is the so called full-channel mode. in this mode, the channel is totally given
over to the carriage of data signals, or sound and data signals. Thus it is possible to broadcast information services for education or other industries and services. The
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- 52 ~
DBS channei has a relatively large capacity for doing this, and where there are large numbers of users all wanting the same data it makes good economic sense to use this system.
The second development is to a high-definition television member of the MAC/packet family.
НОМАС
іп 1986 an European development programme, Eureka 95, was initiated with the objective of developing technology for all parts of an HDTV broadcasting chain. This involved a large number of European manufacturers, broadcasters, and Universities. The plan was to increase the level of know-how in Europe about HDTV. HDTV was seen as a vitally important emerging technology, which might affect a numbers of industrial sectors. Research in Japan had already reached an advanced stage, and there seemed a risk of Europe being left behind.
The project developed an HDTV member of the MAC/packet family, which is termed HDMAC. This system has exactly the same sound and data arrangement as the lower members of the MAC/packet family. The difference is solely in the potential picture quality. There are currently, strictly speaking two variants of this system: D/HDMAC and D2/HDMAC. It remains to be seen if only can be finally chosen for universal use.
The concept of ‘high-definition’ quality is a relatively difficult one to pin down. It was originally defined , at the EBU suggestion, to be a quality such that a high definition picture would be indistinguishable from a window on the real world. In other words, the eye would be saturated with detail, to the extent that there was no point in increasing it.
Moving from the general concept, to numbers which could be interpreted in electrical terms, is not straightforward. Firstly, the detail that the eye needs to saturate it, depends on the brightness of the display, and other display factors. Second, as mentioned above, it depends heavily on the distance between the viewer and the screen, and the content of the scene. From very close to the screen, it needs a lot of definition. From further back, assuming the screen size remains the same, relatively littie detail is needed.
To design an HDTV system, therefore, we have to make some assumption about the size of the screen and where the viewer is sitting. When we have this information, we can choose electrical parameters to suit. Work done in Japan suggests that about the largest-sized screen people could readily accept in their homes will about one square meter. Their work also. showed that the preferred viewing distance varies with the
алате алата таи © A E caren k
type of programmes. When there is a lot of movement in the picture, people prefer to be further back. Where there is not, they prefer to move forward. On average, however, a viewing distance of three times picture height seemed to be a good bet for the circumstance where the screen is at least one square meter in size. From this assumption we can calculate ,broadly, the amount of detail required to saturate the eye.
When studying how to up-grade the performance of the MAC system to a high- definition version, it transpired that by doubling the number of lines per picture and the horizontal resolution, the requirements of a domestic high definition service, as mentioned above, can be met.
іп a broad analogy, the picture quality of the HDTV picture might be seen as similar to 35mm film. Thus, in the broadcast environment, we could see PAL, MAC and HDMAC as equating broadly with Super 8mm film, 16 mm film, and 35mm film. As with the film standards, how good the pictures are in each case, depends on the screen size.
Each provides good quality pictures on progressively larger screens. In the television environment therefore, these three standards would mirror the progressive increase in home television screen size.
The design problem for HDMAC was therefore to develop such a system which would fit into the channel width offered by the satellite broadcasting bands. This had to be done while maintaining compatibility with the existing MAC signals. Existing receivers should still be able to receive a picture when the high definition signal is being broadcast.
The proposed HDMAC system is based on extending the time period over which the picture is built up. The system is arranged such that, when the picture is stationary, it is built up over a period which is twice as long as used for conventional television. When the contents of the picture are moving, the picture is built up over the conventional period. What is more, the picture is split up into a very large number of blocks, each of which can use the longer build period, if the contents warrant it. The longer build-up allows the receiver to assemble a more detailed version of the block.
The above is a considerable simplification of a very sophisticated system. There is no formal full specification available, at the time this document is being written,
The picture quality available to the viewer was not yet evaluated at the time this paper is being written. The EBU hopes to perform formal subjective assessments on the system in the second half of 1990.
The critical issues will be whether the changes in the picture build-up time leaves visible impairments in the picture. This will show in how the system behaves with critical moving pictures. It will also be important to evaluate the picture quality of the
picture when received on conventional MAC receiver, to see if the fact that an HDTV picture is actually being broadcast leads to impairments.
CONCLUSIONS
The development of the MAC packet family is a considerable technical achievement. It showed that Europeans can work together, even if there are signs that national considerations take precedence when there is a clash of interests.
ACKNOWLEDGEMENTS
The MAG/packet system was developed by a large number of engineers from many different laboroatories. It would be impossible to mention all their names here. Nevertheless, they have the satisfaction of knowing the contribution they made, and they have the great appreciation of the EBU Technical Commitee.
REFERENCES
1. Тһе C-MAC/packet system for direct satellite television Mertens. H. and Wood. D. EBU Review-Technical No 200 (August 1983)
2. Specification of the systems of the MAC/packet family Tech. 3258 E (English) and Tech. 3258 F (French) EBU Technical Centre, Brussels, Belgium, October 1986
3. Specification du systeme D2-MAC/pacquets (English translation, for international use, from the original french) Telediffusion de France, September 1985
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sync
Header Useful data с Address Conti- Suffix PT Data nuity
751 bits | |
Fig. 4 : Packet structure
Fig. 4
Source: EBU
Transmit
Source
component Scrambled source component
Scrambler
Scrambling sequence
Scrambling sequence generator
Control word
synchronisation 5. ==
Frame count (8 bit) CP
256-frame count (20 bit) F3”
F2
Entitlement
Receive
Descrambled 1
source component Descrambler Р
Descrambling Serambling sequence system
| |
Descrambling sequence
generator
o—{Local control word Q
Regenerated control word
256-frame . Control | В. count checking message vord : ts Po mcm se ү encrypter s 1B. (Pj generator Encryption Bts ts system
Control word encrypter
Authorization key encrypter
* distribution key
* individual or small group subscript = basic authorization key
* time subscript
= supplementary authorization kev user group subscript
service subscript
= customer messages
ж B-bit frame count
5" 20-bit
тон то Mer 07 pe CQ в
254-frame count
Source:
Entitlement management message
Regenerated authorisation i key
S ув тта” Pes
Authorization key decrypter
* F, is the 20 MSBs of a 28-bit frame count for which F,is the
eight LSBs.
EBU
THE ARCHITECTURE AND SECURITY DESIGN GOALS
OF THE EUROCYPHER SYSTEM
Chris BENNETT, Paul MORONEY VideoCipher Division
General Instrument
6262 Lusk Bvid
SAN DIEGO, CA 92121
ETATS UNIS
Tél : +1 619 455 1500
David CUTTS
European Television Encryption Ltd Welby House
96 Wilton road
LONDON SWIV IDW ROYAUME ОМ
Tél : +44 71 233 6388
TABLE OF CONTENTS
BACKGROUND
SYSTEM COMPONENTS
2.1 Access Control Module
2.2 Uplink System Components SYSTEM FEATURES
3.1 Service Authorisation
3.2 Advance Pay-Per-View
3.3 Impulse Pay-Per-View
3.4 Audience Survey
3.5 Regional Blackout
3.6 Circular Blackout
3.7 Parental Lockout Control
3.8 Тех! Features
CONTROL SIGNAL STRUCTURE 4.1 Control Signal Format
4.2 Bandwidth Requirements SYSTEM SECURITY
5.1 Encryption and Authentication 5.2 Key Hierarchy
5.3 Physical Security
5.4 Detachable ACMs SUMMARY AND CONCLUSIONS ACKNOWLEDGEMENTS
REFERENCES
THE ARCHITECTURE AND SECURITY DESIGN GOALS OF THE EUROCYPHER SYSTEM
Chris Bennett and Paul Moroney, VideoCipher Division of General Innern David Cutts, European Television Encryption Ltd
1 BACKGROUND
This paper outlines the architecture of the Eurocypher conditional access system. Eurocypher is an enhancement of the VideoCipher II system, which has been used since January 1986 to provide signal security to cable programmers transmitting in C-band in the United States and Canada. The VideoCipher Division (VCD), then part of M/A-COM Inc, began actively promoting the use of a VideoCipher-based system for European DBS and cable broadcasting in July 1986, initially for PAL-based systems and then for MAC systems. In May 1988, a contract was signed between General Instrument, who had acquired VCD in the meantime, and British Satellite Broadcasting Ltd (BSB) to develop an implementation of Eurocypher access control for BSB’s DBS services in the United Kingdom, and suitable for use by other programmers. Eurocypher has been in operation for BSB since March 1990, and is proposed as a standard for conditional access in MAC systems to the European Broadcasting Union (EBL).
The Eurocypher system design is intended to allow implementations which will support the conditional access requirements of any MAC programmer. It is designed to meet the requirements of the MAC standard [EBUS86] of the EBU, which has been adopted bv CCIR and is required for use in DBS broadcast satellite television within the European Community [EEC86].
The system is an integral part of the total satellite television system supporting the programmers’ communications. The objective of the system design is to supply the following characteristics:
ы High security for the transmission of satellite television signals, based оп highly secure access control procedures.
- Flexible tier control capable of supporting a wide variety of operator requirements.
- Consumer access to апу programmer using Eurocypher through a single piece of equipment.
= Independent access control for simultaneous transmission of MAC-delivered services cable and certain SMATV headends as well as directly to Direct-To-Home (DTH) households.
s Independent access control for simultaneous transmission of different types of MAC-delivered service (TV, radio, data etc) to different target markets and receiver types, and the ability to access two independent services simultaneously on the same channel.
= Flexible addressing and authorisation control for many millions of DTH
subscribers and commercial units.
- Simple procedures for providing rapid access and reliable authorisation updates for consumers subscribing to many channels.
- Ability to interface to D-MAC or D2-MAC signal format, depending on the requirements of individual programmers.
- А large selection of ancillary features, including programme naming, personal message service, parental lock-out, fingerprinting, impulse pay-per-view, regional and стешаг blackout, diagnostic screens, and replacement of active video by tier-addressed messages or teletext.
The Eurocypher system design differs from VideoCipher П in the following major respects:
- VideoCipher П signal scrambling and encryption is eliminated; МАС techniques are used instead. Eurocypher only provides conditional access. Accordingly, the Eurocypher equipment in the receiver consists of an Access Control Module (ACM), which does not include the signal descrambling inherent in VideoCipher II descramblers.
- System security incorporates many upgrades resulting from techniques developed to protect VideoCipher against active piracy attacks seen in the United States.
- System authorisation capacity is enhanced from 56 tiers per category to 512, to take advantage of the multiplexed service capacity provided by the MAC signal format.
- System message protocols are adapted to conform to the requirements of the MAC specification.
- System features аге extensively adapted to the more complex requirements of the European environment.
2 SYSTEM COMPONENTS
The major system components of the Eurocypher system as implemented for BSB are illustrated in Figure 1.
ШЕШЕ
PROGRAMMER UPLINKS
] ECMS err reset
Figure 1
CABLE/SMATV HEADEND TELEVISION SATELLITES CATV OR SMATV
ORDERS AND PAYMENTS
- 68 –
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2.1 Access Control Module
Access control of the receiver is implemented by an Access Control Module (ACM), which can be a buried or detachable receiver component interfacing to the receiver circuitry which processes and descrambles the MAC waveform. The ACM implemented for BSB is a buried module, which also incorporates extensive text display capabilities.
The ACM may be incorporated into receivers at cable or SMATV headends, or into receivers which are in consumer homes. Cable and SMATV systems require a separate receiver and ACM for each channel descrambled at the headend, while consumers require a single receiver and ACM capable of accessing any or all services for which the user wishes to gain access. In addition, commercial services, such as MAC-delivered data services, will require a receiver with an ACM dedicated to the commercial service.
The ACM is a separate module with a fixed defined interface. Any receiver architecture conforming to this interface and capable of acquiring the appropriate authorisation messages can incorporate an ACM. One possible architecture is shown in figure 2. In this architecture, the ACM interfaces with a microprocessor performing the MAC SI functions, which in turn interfaces directly with the MAC decoding and descrambling circuitry as embodied іп one of several vendor chip sets. This interface supports commands and control messages to the ACM, and responses and control words from the ACM. The ACM can be configured to pass data through to an external detachable ACM instead of processing the data itself.
RIN
FRONT PANEL SWITCHES AND DISPLAYS
IR INPUT
PROCESSING AND DESCRAMBLING
DRIVERS
ІРРУ DETACHABLE} | DETACHABLE SIDECAR ACM #1 ACM #2
Figure 2
~“ VES
The basic functions of the ACM are to provide:
- access control for the service selected by the consumer.
- MAC control words for initiating descrambling of the service
- user interface support for features such as parental rating (described in more detail below)
- text display capabilities for the receiver
The ACM can provide access control for two services simultaneously.
22 Uplink System Components The Eurocypher uplink system equipment includes:
Programme Control System (PCS), responsible for defining the access requirements for various services, scheduling television programming, and maintaining and distributing authorisations for ACMs which are dedicated to the channel controlled by the PCS. Typical examples of ACMs which are authorised by the PCS are ACMs associated with commercial affiliates of the programmer, or ACMs providing access to commercial services such as data. Service access control requirements can be provided to the PCS over an external DECNET interface by a Studio Management System (SMS), which also control the playout of the programmer’s material. Authorisation for PCS-controlled ACMs can be provided over the same interface by an Affiliate Management System (AMS).
Subscriber Authorisation System (SAS), responsible for maintaining and distributing authorisations for ACMs associated with consumer receivers. The SAS accepts authorisations over an X.25 interface from one or more business systems, which are used by retailers who sell programming packages to the public. The SAS determines the net authorisation of the ACM, and distributes that authorisation to the ACM over all channels using Eurocypher access control.
Uplink Encoder Controller (UEC), interfacing the PCS and SAS to the MAC encoders. The UEC also generates the MAC control words needed to initialise the scrambling of MAC video and encryption of MAC digital audio and data. The UEC developed for BSB is designed to interface to the encoder developed by Tandberg Teleco [Stephansen90].
The PCS and SAS are implemented on DEC VAX computers - the PCS in a rack-mounted uVAX II, and the SAS in a 6210. For different population sizes, different VAX configurations would be used to implement the SAS; upgrades will occur from time to time as the subscriber population grows. The PCS and UEC are configured in a spared configuration to allow for uplink redundancy with fast switchover. The SAS is configured as a VAX cluster with volume shadowing.
With additional enhancements, described in [Bagenal90], the system can support distributed SAS architectures for authorisation of ACMs for programmers with multi-national services. With additional enhancements, also described in [Bagenal90], the system can support collection of Impulse Pay-Per-View (IPPV) reportback data and audience survey data, and distribution of this data to business systems supporting IPPV programmers.
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As implemented, the Eurocypher system uses over-air addressing techniques to maintain and update ACM authorisations. While smart-card delivery could be implemented if required, over-air techniques were chosen for consumer convenience as well as for the ease, speed and cost effectiveness of updates provided to the programmer. The advantages of over-air delivery become particularly apparent when considering the operation of IPPV systems.
A central aspect of the system architecture, which is unique to VideoCipher systems such as Eurocypher, is the coordination of DTH ACM authorisations by the SAS, and the distribution of authorisation messages created by the SAS for DTH ACMs across all Eurocypher channels. At each of the programmer uplinks, the SAS authorisation stream is combined with the channel-specific PCS authorisation stream and inserted into the MAC waveform by the UEC for broadcast to the ACMs. Since each transponder thereby contains DTH messages for all Eurocypher channels, a DTH customer receives the authorisations intended for his ACM no matter which Eurocypher channel is being watched, This simple structure removes the need for many architectural complexities which arise in over-air addressing systems based on maintaining separately acquired authorisation records in the ACM for each programmer or programmer group.
The Eurocypher approach to distribution of ACM authorisations is only feasible if the interests of the programmers are protected. Commercially, the SAS is placed under the control of an organisation such as European Satellite Services Ltd, which is open to the participation of all interested programmers. Technically, protection is provided by separating the business system and SAS functions. The SAS does not maintain any commercial data related to the users of the ACMs: this is maintained on the business systems which interface to the SAS. Thus, the integrity of each programmer's commercial data is assured by the privacy of the arrangements made between the programmers and the business system operators. Each business system provides the SAS with only the identity of an ACM and the set of services for which that ACM is authorised by the business system. The SAS prevents a business system from authorising ACMs for services without the agreement of the programmer providing the services, and strictly protects the confidential nature of the minimal data it receives from the programmers.
3 SYSTEM FEATURES 3.1 Service Authorisation
The fundamental feature offered by the system is access control to individual services through tiering. A tier may be thought of as a switch in an ACM which, if turned on, authorises the ACM to access some service associated with the switch. Each ACM receives an individually addressed authenticated message over the air which defines the set of tiers that the ACM is authorised to permit the receiver to access. For each Service in the system, the PCS controlling the service broadcasts an authenticated Statement of which tier is needed to access the service. If the ACM is authorised for the required tier, the receiver is permitted to access the service, either directly, or through impulse purchase.
Each ACM in the system can be authorised for any tier within a group of 512 tiers. Up to 256 different tier groups can be defined within the Eurocypher system design. The set of ACMs which can access a particular set of 512 tiers is called a category. The
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assignment of meaning to the individual tiers is determined by the operators of the uplink computers associated with the management of the categories to which the tiers belong. In practice, a single tier in each category is typically used to control the ability of ACMs in that category to access a given service, or it may define a level of privilege within a service (basic or premium). Tiers associated with different categories can be assigned the same meaning, in order to allow ACMs in separate categories to be authorised to access the same services.
The system is currently implemented to support a separate category for each MAC channel, and a system-wide category for ACMs in DTH receivers across all MAC channels. The programmer would normally use the channel category to authorise ACMs integrated with commercial receivers, such as CATV receivers or receivers dedicated to commercial data services. This category is controlled by the programmer’s PCS. With suitable upgrades to the PCS, additional categories can be supplied for an individual channel if the 512 tiers supplied with the normal configuration prove insufficient.
The system-wide category defines the access rights for all ACMs supporting DTH receivers. This category is controlled through the SAS. The DTH category represents an agreement by participating programmers to allow consumers the right to purchase the services of any of these programmers. The definition of the tiers within the DTH category is agreed by all participating programmers. As described above, the authorisation messages for the category are distributed across all channels supporting the category. This approach allows the ACM іп the consumer’s receiver to receive authorisation updates for up to 512 tiers with a single message, regardless of which channel the consumer is tuned to.
With the category approach to authorisation and tiering, the programmers participating in a category retain complete control of their commercial customers through their commercial categories, complete control over the authorisation of consumers for access to their services by ensuring that only their business systems can access their tiers, and complete control over the security of their services through provision of a level of keying in the PCS which is inaccessible to the SAS.
The business systems of the individual programmers are responsible for authorising the consumers for individual tiers. The Eurocypher system is designed so that authorisation to descramble a set of services may be sold as а package, which would represent the access right to a set of programming represented by one or more tiers. The system design puts no technical limitation on who is allowed to sell packages to the public or on the programming content of the packages. Different packages sold by the same or different retailers are allowed to contain the same tiers.
3.2 Advance Pay-Per-View
The tier mechanism can support Advance Pay-Per-View (APPV), with certain restrictions. In this mode, a tier is associated with a specific programme and a consumer who has ordered the programme before it is shown is authorised for that tier. On completion of the programme, the consumer is deauthorised for the tier.
APPV is a mode of system operation which can require a supporting infrastructure far in excess of that required for normal consumer authorisation service. In addition to the additional MAC control channel bandwidth which may be required, full support for
call-ahead pay-per-view requires the availability of much more powerful SAS and business system computers capable of processing much higher volumes of consumer transactions. Additionally, large numbers of telephones and telephone operators (or automated answer devices) are required to support the volumes of consumer traffic which may be generated. Typically, these resources would only be fully utilised very occasionally, for major events.
For these reasons, APPV is seen as an interim system to be used until Impulse Pay-Per-View (IPPV) has been installed, or as an adjunct to IPPV.
3.3 Impulse Pay-Per-View
The DTH subscription system is capable of supporting IPPV, with certain upgrades, consisting of the distribution of an appropriate reportback capability, and the addition of an appropriate control and data collection facility - the IPPV Management System (IMS). The ACM provides the control features required for IPPV. It authorises and authenticates the purchase, collects the view history data and reports it to an external unit via a serial interface provided by the receiver. The external unit reports the view history data back to ап IMS, which validates the data and disburses it to the business systems entitled to receive it. The external unit can be configured so that reporting will only occur when there is data of interest to report, and the time of reporting can be configured so that the load on the telephone system and IMS is maintained at a fairly constant level. and so that reporting costs are minimised.
With the IPPV enhancements, the system allows the programmer to otfer the consumer individual programmes on an impulse basis. If the consumer has established an account for IPPV with the programmer’s business system, the consumer is enabled for a tier defined to allow IPPV access, and is able to order available offerings through the ACM user interface. Screens that describe current or future programme offerings are provided to the consumer. These screens are specified by means of control messages from the PCS, which will allow the ACM to display the programme’s name and the price in the local unit of currency. The displayed price for a given program can be different in different countries, if required. Consumer access to IPPV is password-protected. The programmer can allow the consumer to view a portion of the programme without purchase, as a free preview, and can also prevent the consumer trom buying the programme after a certain time.
To provide secure control over the consumer's rate of expenditure, a single "credit limit" register is provided in the ACM. This allows a total virtual credit limit to be downloaded to the unit from the SAS. This is checked against a "debit register" which contains the accumulated sum of programme "costs" over the lifetime of the ACM. The ACM does not allow the consumer to spend beyond the limit set by the difference between the debit and credit registers. The consumer is only permitted to access the credit for a programmer if the ACM is authorised for the programmer's IPPV tier.
The relationship between the “credit limit" register in the ACM and the consumer's actual account is determined by the business systems. The IMS maintains a small credit float, set by the business systems, which is typically related to the maximum amount of unaccounted expenditure the programmers are willing to tolerate. The relationship between this float and the consumer's actual credit limit is managed by the business systems on the basis of the view history information returned through the IMS. As the IMS receives authenticated view history data, the ACM “әсте” is updated to maintain
misc
= 72 =
the consumer's float, based on the "cost" of reported data. This data is returned to the business systems, so that the programmer knows the total amount of actual outstanding debt. If the consumer exceeds the true credit limit held in the business system for a particular programmer, the business system can deauthorise the ACM for the programmer’s IPPV tier.
3.4 Audience Survey
The same reportback mechanism used to collect IPPV data, when available, can also be used to survey the viewing habits of an audience of non-purchaseable programming. An ACM can be tagged, through the SAS, as a participant in an audience survey. Programmes of interest to the surveyor are tagged through the PCS, and participating ACMs will record these programmes іп a separate view history stack. From time to time, the participating ACMs will report the audience survey data to a collection site.
35 Regional Blackout
The system provides the programmer with a number of capabilities which modify the basic access control provided through tiering. The first of these is regional blackout. An ACM is assigned a region code by a programmer’s business system via a control message from the SAS. Region codes are defined system-wide, and an ACM may be assigned at most one region code at a time. It typically refers to a national entity, such as France, but may refer to actual regions, such as Scotland or Bavaria, if appropriate. 64 region codes are supported, which is expected to be sufficient to cover the major separate legislative regions of the European area.
When a PCS is configured for a set of services, the set of regions which the programmer using the PCS can access is limited to the programmer’s franchise area. As part of the description of the access requirements for each service, the programmer defines the set of regions within his franchise area which are permitted to access the service. An ACM which is not in a permitted region will not provide service access, even if the ACM possesses the tier required for the service. Regional blackouts are normally associated with a television programme. The same mechanism can be used to define a regional blackout for a shorter period of time, for example to black out advertisements within а programme.
3.6 Circular Blackout
The system also supports local blackouts of television programmes. The location of the receiver, identified by the subscriber’s post-code or telephone number, is downloaded to the SAS at installation time by the programmer’s business system. The SAS maintains location translation tables which translate from the source location data to a three-dimensional Cartesian co-ordinate, which is then loaded into the ACM by the SAS. These location tables are provided for each country as part of the process of installing Eurocypher service within that country. Each SAS will maintain a location table for each country served by that SAS. Each PCS will maintain a similar location table for each country served by the programmer operating the PCS.
To black out a local region, a command is sent by the programmer via the PCS which defines a blackout circle. The programmer specifies a location code and a radius, which is translated internally into a Cartesian co-ordinate and a radius. This defines an approximately circular region whose exact boundaries correspond to the post-code or
telephone regions whose centres are included in the circle. Each ACM determines if it is in the specified blackout region. If it is, it denies access to the associated programme. Up to 32 such circular regions may be associated with any programme, each of which can have a radius of up to 512 miles (820 km).
3.7 Parental Lockout Control
The ACM provides the means for the consumer to set a parental lockout threshold for the receiver. If a programme has a higher parental lockout rating than the threshold selected by the consumer, then access to the programme is denied by the ACM, unless the consumer enters a correct password.
The consumer is also required to provide a password before the ACM allows the parental lockout threshold to be altered. The consumer is allowed to change this password, but only by providing the valid password before requesting the change. The system provides a capability in the SAS to reset the password to a default value if the consumer forgets his password. Two types of ratings are provided. The first type of ratings are based on standard film censorship classifications for different countries. Since rating standards vary from country to country, a PCS supporting a multinational programmer would allow the programmer to define a rating level for each individual region. The ACM supports a text table which allows it to display a rating level according to the standard alphanumeric codes of its region. This table is broadcast by the SAS, and may be changed from time to time as rating codes are defined or deleted.
The second type of ratings classifies the programmes by content. The programmer can indicate that a programme contains sexual or violent material,or bad language, to allow parental lockout based on programme content. This type of rating is applicable to all countries. Both types of rating can apply to the same programme.
3.8 Text Features
Since a high proportion of television sets in the United Kingdom do not support SCART interfaces, it was determined that teletext was not a suitable medium for text display in the first generation of BSB receivers. The ACM provides support for menu-driven on-screen displays for the receiver in a 16 by 31 character format, through interaction with the On-Screen Display (OSD) circuitry included in the ACM.
The ACM OSD supports upper and lower case white characters, with blue, black or transparent background and shadowing or blocking of characters on a line by line basis. Lines may contain normal or double size characters, and characters may be underlined or blinking. The character set implemented for BSB supports English, together with additional graphics characters for use in creating boxed messages. The character set is defined to be upgradable to support all European languages using Latin-based scripts, through the addition of other characters and overlay circuitry to Support accents and diacritical marks.
This facility provides the user with access to a number of local capabilities, including the ability to set or change passwords, and to set or override ratings thresholds. A diagnostic screen is provided, which allows an installer or repairman to diagnose the State of the ACM. The ACM will also display the name of the current or next programme, and at the programmer’s option will display the time remaining in the current programme. The programme name will be incorporated into IPPV order
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screens and view history screens. The programmer can specify whether the name of the programme is to be displayed to ACMs which аге not authorised to receive it.
Using the ACM text facility, it is possible to send a personal message from the SAS to individual ACMs for display by the OSD chip in the ACM. A personal message is limited in length to one screen. Display of the message can be forced, or it can be stored for later viewing. A "message arrival" indicator signals the presence of a stored message which has not yet been read. It is also possible to send "tier-addressed" messages to ай ACMs viewing a channel which fall into specified classes of access control These messages are sent from the PCS for display by the OSD chip in the ACM. As with personal messages, display may be queued. Display may also be constrained to lie within a time window, or be of indefinite duration. The ACM can be instructed to include its address as part of the display, to assist in fingerprinting tapes which infringe copyright.
A wide variety of filters can be specified to determine the set of ACMs which may display a tier-addressed message:
- ACMs which do or do not possess a specified tier.
- ACMs which are in a specified set of regions.
- ACMs which are or are not subject to circular blackout. - ACMs which are or are not authorised.
- ACMs which do or do not possess valid keys
- Any combination of the above.
Using the same filtering techniques, it is possible to specify generalised service replacement definitions. It is possible to include a teletext overwrite command in the tier-addressed message, identifying a teletext service and specifying a teletext page within the service to be acquired. It is also possible to specify a replacement audio service, or to identify a substitute MAC service of any kind, which need not even be on the same channel These facilities provide a means for advertisers and/or programmers to replace television advertisements or blacked out programmes with tier-addressed or teletext messages, or with substitute services.
The ACM OSD can also be used by other components of the receiver as a display device. Typical uses include additional user menus and signal level displays.A captioning facility has also been proposed within the MAC specifications which would allow the receiver to use the OSD to display subtitles in various languages, or captions for the deaf.
4 CONTROL SIGNAL STRUCTURE 4.1 Control Signal Format
The Eurocypher control channel is a set of packet streams within the MAC sound/data multiplex Тһе ACM authorisation stream is identified within the MAC Service Identification (SI) channel as an "over-air addressing" service. Тһе authorisation messages are sent as Golay (24, 12) encoded Entitlement Management Messages (EMMs), as required by the EBU MAC specifications. EMMs may be up to four packets in length. The authorisation data is sent as unit-addressed messages. А shared-address option exists for updating security data in ACMs which do not change
authorisation state, although this is not implemented at this time. Some ancillary data, such as national ratings tables, are sent as broadcast EMMs at a low frequency. Most EMMs аге generated by the SAS, but some are also supplied by the PCS: the UEC is responsible for multiplexing EMMs.
Authorisations could alternatively be supplied by non-broadcast means such as memory cards or telephone dial up if appropriate. Use of alternate means can substantially reduce the net bandwidth requirements for the authorisation channel. However, such means remove the operator's ability to provide realtime response to changes in situations where rapid update is required, such as credit updates for IPPV systems. They also increase the cost of operating the system. For these reasons, over-air addressing is recommended.
Service-related control data is sent as Golay (24, 12) encoded Entitlement Checking Messages (ECMs) from the PCS, in packet streams whose addresses are identified within the SI channel. An ECM stream may define the access control. requirements for certain components within a service, for all components of a service, or for a number of services. The association between the packet address of an ECM stream and the service components, service or services protected by the ECMs are identified within the SI channel. ECMs defining fundamental access requirements are sent as category-addressed messages. Ancillary ECMs, e.g. definitions of program attributes such as program names, or tier-addressed messages, are sent as broadcast messages.
42 Bandwidth Requirements
The bandwidth needed to support ECM streams for individual services depends on the complexity of the access requirements for the service and on the desired acquisition time for a subscriber tuning to the service. For most services, the bandwidth allocation is typically 2 ECMs per second. For a television service accessed by several categories with a complex set of local blackouts, multinational ratings and supporting tier-addressed messages, where a total acquisition time of 1 second or less is required, the informational bandwidth needed for ECMs may be as high as 9 kbps.
The bandwidth required to support the Eurocypher over-air addressing service is a function of many factors: the size of population being supported, the stability of the authorisation state of that population ("churn"), the rate at which keys delivered in the EMM stream change, the bit error rate of the channel, and the percentage of time that the population of receivers can be assumed to be listening to the channel ("coverage"). The rate of change of keys delivered in the EMM stream is fixed to be approximately monthly, and for a subscription service in steady state, the churn rate can be assumed to be fairly low. Thus, the two dominant variables are the size of population and the degree of coverage.
The Eurocypher system design was based on the requirement that Eurocypher should be able to grow to support a satellite television industry which could, in time, become pan-European in scope. In such a system, the population is likely to become large, but quite high levels of coverage can be assumed, through the distribution of SAS output across all Eurocypher channels and the use of channel homing techniques that are activated when the receiver is placed in standby mode. On this basis, and assuming optimally efficient forms of unit-addressed messaging, it was calcul ated that a total control channel information bandwidth of 120 kbps was sufficient to support up to 100 million ACMs under suitable operating conditions. А control channel which used the
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capacity of a 15 kHz compounded audio channel with level 1 error protection - 180 kbps before Golay encoding - could then support up to 150 million ACMs. With 100 kbps of the 120 kbps control channel bandwidth assigned for ACM authorisation traffic, the system design is capable of delivering key changes for up to 1 million ACMs every hour using unit-addressed messages (720 million authorisation messages a month). The actual maximum addressing rate will be somewhat lower, due to overhead arising from changes in authorisation for some ACMs and other factors. In the current system, certain practical limitations also exist, in that the SAS injects traffic into the system at 64 kbps, and does not yet fully optimise the message formats.
The amount of bandwidth required to support changes in authorisation will depend on the dynamics of consumer behaviour. The operator of the SAS can dynamically adjust the percentage of control channel bandwidth allocated to supporting authorisation changes. While the system is in a state of growth, a larger proportion of the channel would be allocated to this purpose than would be required when the system is supporting a saturated market in a steady state. For a system growing at a rate of 10% per month, an allocation of 40% would allow each ACM in the queue to be exposed to its new authorisations at least 6.7 times as often as the ACMs receiving monthly rekeys in the background. When the population reaches a steady state, a 10% allocation for this kind of traffic is a typical figure.
The system is relatively insensitive to channel bit error rate. At a C/N of 9.5 dB in a D-MAC system, or 8.5 dB in a D2-MAC system, which corresponds to a subjective threshold for acceptable audio quality for level 2 compounded audio, the duobinary bit error rate is approximately 10^-3. Population capacity is always calculated based on this error rate. EMMs are Golay-encoded, which implies an informational bit error rate of approximately 10^-8. In Eurocypher, by using optimal message formats for updating monthly keys, the expected message error rate at threshold, therefore, is about 3.7* 10^-6. Thus, so long as the receiver is listening to a Eurocypher channel at the time a message is sent, it will with very high probability correctly receive an update for the monthly key on the first transmission. The probability that a listening receiver in a population of 100 million receives no EMMs broadcast during the month correctly is 6*10^-35.
The most likely reason that an ACM will not receive a rekey message is that the receiver is not listening to a Eurocypher channel at the right times - that is, due to low coverage. The population figures quoted above assume levels of coverage of 85% or better. Even with a coverage of only 60% or better, the 120 kbps control channel can support a population of 50 million subscribers.
Actual coverage statistics are unknown, and will depend both on consumer behaviour and on the number of channels watched which also carry Eurocypher authorisation data. Knowledge of these parameters will improve as the system grows. Therefore, in the early years of system operation, the bandwidth reservation, while apparently excessive for a population of a few million subscribers, provides a safety valve which allows for successful operation even if the assumptions that underlie the analysis of a large system prove to be incorrect.
A number of strategies exist to support operation of over-air addressing implementation in which a significant portion of the population operates at a low level of coverage for one reason or another:
- With appropriate upgrades to the SAS, priority queues can be built
which distribute rekey messages according to known patterns of failure to receive updates. Distribution strategies can thus be modified by consumer behaviour.
- Rights to distribute Eurocypher EMMs over non-Eurocypher channels can be negotiated.
- The period of the validity of EMM-delivered keys can be extended.
- Shared addressing techniques can be used, provided appropriate steps are taken to ensure that the security of the system is maintained.
5 SYSTEM SECURITY
The security of the Eurocypher design is based on principles developed for other VideoCipher systems. These systems have been subject to very extensive pirate attacks. As a result of the experience gained in analysing and countering these attacks, VCD has been able to determine the actual nature of various threats to the system, and the relative strengths and weaknesses of many areas of the original VideoCipher II design. The fundamental system design has never been broken, and many of the security threats considered in the original designs of VideoCipher II systems have never materialised. All breaches of the system’s security have been based upon weaknesses in the implementation of the decoder security processing. Exploitation of these breaches have all been based on pirate modifications to legitimate decoders.
Based upon analysis of the pirate attacks seen in the United States, a number of upgrades have been made to the system design to enhance its security. These upgrades have been incorporated into the security design for Eurocypher, and into the implementation of the ACM, wherever possible. VCD has a continuing programme to investigate and develop further security enhancements, which can be phased into the system from time to time if appropriate. The technical design of the system’s security is only one aspect of a total security programme. Other aspects of maintaining system security include the development of relationships with law-enforcement agencies to identify and prosecute providers and suppliers of illegal equipment; working with programmers and legislators to remove incentives to piracy; and operating electronic counter-measures to detect and defuse pirate technologies. These aspects lie beyond the scope of this paper, but they are at least as important as the system design in maintaining long-term system security.
5.1 Encryption and Authentication
Secure data is delivered encrypted under an exportable proprietary algorithm, which is designed to prevent cryptanalysis or modification of secure data in a timely fashion by an attacker.
A number of authentication techniques are used, including classical techniques. An important feature in the selection of an authentication technique is its ability to prevent forgery. It has proved possible to develop and implement techniques which protect the ACM against modification of access control data even if the key used to authenticate the protected data is known to the pirate. Similar techniques are used to protect against replay of obsolete data and avoidance of deauthorisation commands.
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52 Кеу Ніегагсһу
The АСМ follows а hierarchical key structure which is closely related to that employed in the VideoCipher П systems used in the United States. The Eurocypher key hierarchy is based on a set of unit keys which are unique to each ACM. The ACM possesses a large number of unit keys, but, for each ACM, only one of these keys is known to the uplink computer systems at any given time. Each PCS or SAS possesses a key list for ACMs which are authorised by that computer. This key list сап be replaced, if it is ever stolen, by another key list which selects different unit keys for the same ACM addresses. The replacement process ensures that a thief cannot use a stolen keylist once it is replaced.
The unit keys are used to authenticate the ACMs’ authorisation capabilities. They are also used to deliver securely in EMMs another key, called the category or monthly key. This key is held by all ACMs in a category and is changed periodically at a low rate, typically monthly. Knowledge of a category key does not allow an attacker to alter either the ACM's authorisation rights or the access control requirements for the protected services. If shared addressing is used to save addressing bandwidth, the unit key can also be used to deliver a shared key securely; the shared key in turn is used to deliver category keys securely. Shared keys may be changed from time to time, as required.
The access requirements for each service are protected under a key known as a programme key. This key is delivered securely in ECMs, encrypted under the category key for each category which is able to access the service. The programme key is changed periodically. In the case of the TV service, a programme key may be associated with individual television programmes, so that each programme may be managed as a separately-secured block of time with its separate set of access requirements. An ACM which is authorised to provide access to a programme will be capable of delivering MAC control words to the receiver every 256 frames for the duration of the programme. The receiver can then descramble video and decrypt audio or data using the PRBS generators defined in the MAC specifications.
The key hierarchy described above protects the basic signal transmission path. Similar techniques are used to authenticate and protect ancillary data paths, such as the transmission of secret unit key lists or sensitive IPPV view history data.
53 Physical Security
Secure data protection involves both the storage and protection of secret unit data and the delivered unit specific data. Because the ACM is supporting the-television industry, it is created in high volumes and is widely distributed. For this reason, the economic incentive for piracy is high, but the ability to detect and trace pirates rapidly is limited. Consequently, the ACM must be designed to provide a degree of both physical and cryptographic security which is unique in commercial applications. All breakages of VideoCipher П system security have been based on exploiting weaknesses in the implementation of the decoding module. As a result of analysing these weaknesses, and of technological advances over the last few years, the customised secure circuitry in the ACM incorporates a number of features to improve the physical security of the system. These are both physical and algorithmic in nature. The protection of the ACM can be upgraded and enhanced from time to time, as new techniques become available.
5.4 Detachable ACMs
It is believed that the security system outlined above will provide a high degree of protection for Eurocypher customers. The Eurocypher system should be expensive and difficult to break, and exploitation of security breaches should be expensive and difficult to mount and sustain. As an additional disincentive to attempted piracy, the Eurocypher system supports an ability to enhance a system’s security in a controlled fashion, through the use of detachable ACMs. These ACMs can interact with the receiver through an external serial interface. In order to ensure that this interface does not become an access path for pirate modules, data across the interface is encrypted by the buried ACM using a key known to the detachable ACM and loaded into the buried ACM by the SAS. Thus, the buried ACM always acts as a buried adaptor. The fact that the buried ACM is associated with detachable modules by the SAS ensures that any upgrade of the system security always takes place under the control of the system operators.
While the main function of the detachable interface is to provide an upgrade path for system security, detachable ACMs could be provided for other reasons:
- To provide access to enhanced Eurocypher access control features.
- To provide access to services available only to a second category.
- To provide access to services which are subject to a different access control system.
6 SUMMARY AND CONCLUSIONS
The Eurocypher system is based on a system architecture which has been proved operationally to meet the business needs of programme providers while providing a wide range of features to the consumer in a convenient form. The system has been extensively enhanced to adapt it to provide access control for MAC systems, and to provide consumer features appropriate for the British and European broadcasting environment. System security has been extensively upgraded to take advantage of the hard-won experience gained in fighting piracy of VideoCipher П in the United States.
The system currently fielded for BSB demonstrates only some of the capabilities inherent in the design. Many features, notably IPPV, can be activated in the future. Eurocypher has the ability to meet the needs of a continental European market (Вагепа!90| with both national and pan-European programmers. Eurocypher’s capabilities and features give it the potential to play a key role in the future development of the European television market.
7 ACKNOWLEDGEMENTS
The authors would like to thank the Eurocypher marketing and engineering staff, both past and present, for all the long hours and hard work they have put into initiating and realising this project since 1986. We would also like to thank the Conditional Access group at BSB, for their support in coordinating our efforts with other developments in the project, and for their valuable comments and suggestions.
9
8 REFERENCES
[Bagenal90] - P. Bagenal, S. M. Upton, C. J. Bennett: "Operation of Eurocypher Systems: Current Experience and Future Developments" Proc ACSA ’90, Rennes, June 1990 (This conference)
[EBU86] - European Broadcasting Union: "Specification of the MAC/Packet Family", EBU3258 Brussels, September 1986, and subsequent amendments
[EEC86] - EEC Directive 86/259/EEC, European Commission, Brussels, 1986
[Stephansen90] - H. Stephansen: "A Flexible MAC/Packet Encoder Interfacing with Any Conditional Access System" Proc ACSA ’90, Rennes, June 1990 (This conference)
SYSTÈME DE TÉLÉVISION А PÉAGE À CONTRÔLE
D'ACCÈS PLEINEMENT DETACHABLE
UN EXEMPLE D’IMPLEMENTATION :VIDEOCRYPT
Michel LEDUC THOMSON LEREA
BP 20
67403 ILLKIRCH Cedex FRANCE
Tel : +33 88 67 67 67
- 82 —
III
IV
TABLE DES MATIÈRES
PREMIÈRE GÉNÉRATION LA DEUXIÈME GÉNÉRATION
LES PRINCIPES DU CONTRÔLE D'ACCÈS DETACHABLE HI.1. L'architecture du système : voir annexe
Ш.2. Avantages de ce type d'architecture
EXEMPLE D'IMPLÉMENTATION
IV.1 Concept d’embrouillage vidéo
IV.2 Le canal de données
IV.3 L'embrouillage du son
IV.4 Le contróle d'accés
IV.5 Le terminal lui-même
CONCLUSION
Les besoins des diffuseurs de programmes ont entraîné dans les années 80 l'apparition de systèmes de télévision à péage en Europe et surtout aux Etats-Unis. L'analyse à posteriori de ces systèmes fait apparaître un certain nombre de problèmes communs à cette première génération de produit :
- faible niveau de sécurité entraînant un taux élevé de piraterie, - services offerts limités en nombre et en performance,
- Systèmes à caractère non évolutif.
L'accroissement sensible де la demande ainsi que les exigences de sécurité demandées en particulier par les concepteurs de programme ont entrainé l'apparition d'une deuxiéme génération de produits. L'utilisation de la carte à puce au niveau du contróle d'accés dans un certain nombre de produits a constitué une véritable révolution. Une utilisation optimisée de cette carte à puce a permis d'élaborer un nouveau concept de télévision à péage basé sur un contróle d'accés totalement détachable. Une premiére implémentation de ce concept a été réalisée dans le systéme VIDEOCRYPT.
I- PREMIERE GENERATION
Cette première génération de systèmes fut caractérisée par le regroupement des fonctions suivantes au sein du décodeur :
- fonction de désembrouillage, - fonction de décryptage, "m - fonction de traitement des autorisations.
Ces éléments constituent une cible fixe mise à disposition des pirates éventuels. l'attaque simultanée des techniques d'embrouillage et de cryptage a permis dans de nombreux cas de percer le secret du décodeur et ainsi de le dupliquer. Une fois ce secret découvert, le systéme entier s'effondre et l'unique parade consiste à remplacer l'ensemble du parc de décodeurs.
Autre conséquence de ce type d'architecture, l'ensemble des services offerts ainsi que leur niveau de performances sont figés à la cone phon du produit. Le prestataire de services ne peut faire évoluer son offre en fonction de l'évolution des besoins du marché ou de sa stratégie marketing (besoins de services de type nouveau, augmentation de leur quantité ou de leur complexité).
- 84 –
П- LA DEUXIEME GENERATION
Les concepts développés dans cette deuxième génération de systèmes ont essayé de palier avec plus ou moins de réussite les problèmes exposés précédemment, mais il est indéniable aujourd'hui que les systèmes comportant un contrôle d'acces à carte à puce ont permis d'apporter une réponse satisfaisante et ainsi révolutionner la télévision à péage.
ПІ- LES PRINCIPES DU CONTROLE D'ACCES DETACHABLE
En séparant physiquement le module de contrôle d’accés du décodeur et en affectant à ce module l'intégralité des fonctions de sécurité de gestion des autorisations et d'identification de l'abonné, on crée ainsi un systéme ouvert, flexible et évolutif tant au niveau de la sécurité que des services offerts. Une utilisation judicieuse de la carte à puce permet de réaliser ce type de contróle d'accés. ШАЛ. l'architecture du système : voir annexe - róle du décodeur Canal de données transparent : aprés extraction des données (de la vidéo par exemple), le décodeur se contente de vérifier que ces données ne contiennent pas d'erreur puis sans autre traitement, il les transmet INTEGRALEMENT au module de contrôle d'accès détachable (c'est-à-dire la carte).
Désembrouillage: Dans le cas où le contrôle d'accès l'autorise, le décodeur désembrouille le signal vidéo à partir des données reques.
Gestion de l'interface utilisateur :
- róle du contrôle d'acces détachable . identification de l'abonné, . gestion des autorisations, . identification de l'opérateur (cas des systémes multiopérateurs), . gestion de la diffusion des messages et de leur niveau de priorité, . tri et sélection des données,
. processing de l'algorithme de décryptage et transmission. du "seed" (de la graine) pour le désembrouillage,
. processing de l'algorithme d'authentification du module lui-méme.
1.2. Avantages de ce type d'architecture
- une sécurité optimale :le systéme constitue une cible mouvante pour les pirates:
. l'algorithme utilisé n'est ni unique, ni figé. П appartient à une famille d'algorithmes et on peut en changer à volonté simplement en remplaçant la carte.
. la complexité de l'algorithme et la complexité de la carte peuvent étre adaptés au besoin et à la durée de vie du service offert (utilisation de carte "bas coüt" dont la durée de vie est limitée à la durée d'un événement).
. le décodeur ne contient aucun secret, sa duplication ne comporte aucun intérêt.
. le procédé d'identification des cartes assure due les cartes utilisées sont valides et empéche la création éventuelle de "fausses cartes" avec des numéros d'identification diversifiés.
- une grande ouverture et une grande flexibilité du systéme
. possibilité d'accroitre le nombre et la complexité des services offerts en utilisant une carte plus puissante ; la structure interne de la carte peut étre adaptée aux besoins spécifiques de l'application ;
. possibilité d'implanter de nouveaux services au moment opportun sans méme l'avoir prévu à l'époque de l'implantation du systéme ;
. la ou les méthodes d'adressage ne sont pas figées et peuvent évoluer avec le systéme (adressage groupé, statistique) ;
ossibilité de faire profiter le système des évolutions technologiques (nouvelles cartes à puce avec mémoire plus large ou avec mémoire réinscriptible) ;
. pas de syntaxe déterminée dans le flot de datas transmises, ce qui permet d'envisager une optimisation de leur utilisation en fonction de l'application requise.
. le décodeur ne possédant pas d'élément d'identification, une carte peut être utilisée dans n'importe quel décodeur.
a BS.
RE =
IV. EXEMPLE D’IMPLEMENTATION
Le système VIDEOCRYPT constitue la première implémentation d'un système de télévision à péage à contrôle d'accès pleinement détachable. Plusieurs réalisations à travers le monde dont la première, SKY télévision, ont permis de mettre en évidence les avantages de ce type d’architecture. Pour constituer un des systèmes les plus robustes et le mieux adapté à ce type de marché, le système Videocrypt allie les concepts suivants:
- concept de contrôle d’accès pleinement détachable,
- concept d'embrouillage basé sur l'inversion de ligne à un point de coupure,
- concept de voie de données à faible débit et haute sécurité.
ТУЛ. Concept d’embrouillage vidéo :
Le ио d'embouillage discret 2 a été adapté de manière à pouvoir être utilisé de façon transparente quels que soient les médias de transmission, c’est-à-dire aussi bien les transmissions par câble, réseaux terrestres, MMDS, fibre optique ou satellite. De méme, Videocrypt s'adapte à tous les standards vidéo, PAL SECAM NTSC ou autre...
IV.1.1. Le principe :
Un point de coupure est défini dans la partie active de chaque ligne visible d’une image ; ce point définit donc un segment gauche et un segment droite. L’embrouillage consiste donc à permuter ces deux segments autour du point де coupure, le segment de droite passant à gauche et celui de gauche à droite.
La position du point de coupure est donnée par un générateur pseudo-aléatoire dont l'information est chargée à chaque ligne. Ce générateur pseudo-aléatoire est réinitialisé périodiquement en synchronisme avec l'émission au moyen d'un mot de contróle. Dans l'implémentation actuelle de SKY television, le mot de contróle a une largeur de 60 bits et on le transmet dans la voie de données toute les 2.5 secondes, le nouveau protocole Vidéocrypt permet de réduire l'intervalle de temps entre deux mots de contróle à 0.6s.
IV.1.2. Les particularités :
Pour offrir les meilleures garanties de sécurité et de conservation de la qualité de l'image, le système d'embrouillage de Videocrypt incorpore les particularités suivantes :
- un point de coupure indétectable dans la video transmise gráce à une technique judicieuse d'interpolation permettant d'atténuer la transition à la jointure des deux segments.
- un point de coupure indétectable dans l'image reconstituée aprés désembrouillage gráce à des techniques adéquates de recouvrement et de jitter-free. Aujourd'hui méme l'emploi de techniques sophistiquées telles que la corrélation horizontale et verticale n'a p permettre de venir à bout d'une manière fiable de ce type d'embrouillage.
- un point de coupure choisi parmi plusieurs centaines dans la partie active de la ligne vidéo.
- un concept d'embrouillage qui ne touche pas aux éléments de synchronisation.
- un concept d'embrouillage qui conserve son intégrité à la video transmise et qui ne requiert aucune modification des moyens de transmission (émetteur, réémetteur, téte de réseau, etc). Le signal vidéo une fois désembrouillé reste parfaitement conforme aux normes CCIR.
- un concept d'embrouillage ш assure une parfaite confidentialité de l’image transmise. Il est, en effet, parfaitement impossible d'en deviner le contenu. Cependant des modes appropriés permettent de diminuer partiellement cette confidentialité pour des opérations de promotion.
IV.1.3. Les modes de fonctionnement : Le système offre les modes de visualisation suivants : - mode clair, - mode semi-embrouillé dit mode mosaïque,
- mode embrouillé à accès libre (c'est-à-dire avec un mot de contrôle fixe. Dans ce cas, il suffit de posséder un décodeur pour avoir accès au programme),
- mode embrouillé à accès contrôlé : dans ce cas une carte à puce dûment autorisée est indispensable pour accéder aux programmes.
IV.2. Le canal de données
Une des particularités attrayantes du système à contrôle d'accès pleinement détachable tel qu'il est implémenté dans le système Videocrypt, est de ne pas requérir un débit élevé au niveau du canal de données tout en garantissant des capacités d'adressage élevées. Ceci nous a permis de définir un canal de données extrémement robuste qui peut s'affranchir des aléas de transmission et ainsi po је désembrouillage de l'image et la réception des autorisations même dans е cas de conditions de réception délicates.
-87-
- 88 —
IV 2.1. Principe :
Le canal de données de type Vidéocrypt utilise 4 lignes de l'intervalle de retour trame. Le choix de ces lignes n'est pas figé et peut se faire en commun avec l'opérateur de programme.
Le débit instantané est de 800 Kb/s ce qui, avec l'adjonction de trois niveaux de protection dont un codage de Hamming et la répétition multiple des paquets de données, permet de ne transmettre au contróle d'accés que des données valides.
IV 2.2. Performances :
Le canal de données ainsi défini permet de s'affranchir des problémes de transmission et en particulier dans les cas de conditions de réception délicates. Son immunité aux phénoménes courants de transmission tels que échos, ghost a pu étre démontrée dans de nombreux essais ; méme lorsque le signal transmis est bruiteux ou trés faible les données sont encore parfaitement transmises. Ainsi avec un niveau de C/N de 3db pour une transmission satellite ou encore lorsqu'un récepteur de télévision perd la couleur et que l'image reque n'est méme plus regardable, le signal est toujours désembrouillé et les autorisations reques.
IV.3. L'embrouillage du son :
La trés grande sécurité offerte par l'utilisation de la carte à puce et par le concept d'embrouillage vidéo choisi permet d'associer un son non embrouiile conférant un aspect attractif au programme embrouillé transmis vu la parfaite confidentialité de la vidéo transmise. Une large gamme de concepts d’embrouillage son plus ou moins confidentiels ou plus ou moins sécuritaires peut aussi étre proposée dans le cadre du système Vidéocrypt :
- son coupé : son supprimé lors d’un programme embrouillé (utile dans le cas de Seco Dieu décodeur intégrés),
- inversion de spectre simple,
- inversion de spectre à porteuse variable,
- son digital de type NICAM embrouillé : ce concept offre les mêmes garanties de sécurité et de qualité de transmission que l'embrouillage
vidéo, il peut utiliser une fonction dérivée du mot de contróle transmis pour la vidéo ou encore son propre mot de contróle.
IV.4. Le contrôle d’accés
Le contrôle d'accès à caractère pleinement détachahle implémenté dans le système Videocrypt se différencie des autres systèmes connus dans les domaines suivants :
* Sécurité et flexibilité :
- aucun secret dans le décodeur ; toutes les autorisations, tous les algorithmes, les numéros d'identification résident dans la carte,
- la carte réalise en permanence un contrôle de validité. Un algorithme contenu dans la carte permet de réaliser une authentification de la carte sur demande de l'émetteur et ceci sans que la carte ne transfère aucune connaissance au décodeur. Les algorithmes employés sont appelés "zero knowledge transfert algorithme",
- les cartes et par conséquent l'ensemble de leur contenu peuvent être changées poene ; ainsi le systéme ne se comporte pas comme une cible fixe pour les pirates éventuels,
- l'algorithme de décryptage des mots de contrôle n'est pas unique, il appartient à une famille d'algorithme. De plus, il opére sur l'ensemble des données transmises.
* Services offerts :
La trés grande souplesse du systéme ne permet pas de dresser une liste exhaustive des services offerts cependant on peut citer les possibilités suivantes :
* Paiement à la séance ou pay-per-view et ceci dans tous les modes connus. П est à noter que les opérations de débit et de crédit sur la carte peuvent
se faire "over the air" gráce à la süreté et à la sécurité du transfert des informations,
* Abonnement périodique * Abonnement par théme * Abonnement par programme
* Carte pour un seul événement : le système Vidéocrypt permet d'utiliser des cartes dites "faible coût" du type cartes téléphoniques utilisées en France. Comme exemple d'application, on peut considérer la sponsorisation d'un événement sportif, les cartes étant distribuées gratuitement au cours d'une opération de promotion d'un produit. Ce type de carte ne contenant que de РЕргот, leur protection est réduite mais leur durée de validité est bien évidemment réduite à la durée de l'événement lui-méme.
“ТУ achat, pari etc : l'utilisation combinée du procédé de signature et de la sécurité de l'identification de la carte permet d'envisager de multiples applications dont le TV achat et des systémes de promotion ou de pari.
um. * Messagerie : Videocrypt offre aux prestataires de service des possibilités de messagerie sécurisée et hiérarchisée. Ces messages pourront étre transmis de manière individuelle, groupée ou globale.
- 90 –
De nouveaux services, éventuellement des services dont le principe n’a pas été encore élaboré pourront être implémenté sans pour cela remettre en cause le parc de décodeur. Il suffira de créer une nouvelle carte avec le logiciel adapté et de modifier en conséquence le logiciel du centre de gestion.
IV.5. Le terminal lui-même : Malgré la sophistication du traitement digital de la vidéo et du traitement des informations pour la carte à puce, un décodeur Videocrypt peut conserver une architecture simple et être réalisée avec des composants grand public et des techniques de réalisations grand public. On décompose le terminal en trois parties :
- Interfaces entrées/sorties : elles varient suivant l'application concernée et peuvent inclure :
* Tuner satellite, terrestre ou câble * Modulateur
* Interface péritélévision (simple ou multiple avec régie son et vidéo)
* Télécommande infra-rouge * Clavier * Modem ou plus généralement une interface de voie de retour * etc - Le désembrouillage vidéo : il est architecturé autour d'un chip spécifique qui commande deux buffer de ligne afin de remettre dans le bon ordre les chantillons de vidéo digitalisés au moyen d'un convertisseur A/D 8bits.
- Gestion du décodeur et gestion du dialogue avec la carte.
Un premier microcontrôleur gère les interfaces entrées/sorties et réalise l'interface utilisateur sous mode menu. Ce microcontróleur traite les données extraites de la vidéo et s'assure de leur intégrité avant de les transmettre au deuxiéme microcontróleur.
Le deuxiéme microcontróleur appelé "Verifier" gére le dialogue avec la carte à puce.
—————
CONCEUSION :
La grande innovation offerte par ce type d'interface réellement et pleinement détachable ouvre de nouvelles voies aux prestataires de services.
Le systéme peut s'adapter au fur et à mesure des besoins à la stratégie du prestataire de services sans remettre en cause son investissement.
Par ailleurs, les décodeurs Vidéocrypt sont ouverts vers de futures évolutions technologiques. Dés aujourd'hui, ils sont réalisés dans des technologies grand ublic ce qui leur permet d'atteindre des dimensions et un coût attractif. intégration en un seul chip du coeur du système en phase de test aujourd'hui permet d'envisager un module réalisant la fonction Vidéocrypt dans des dimensions lui permettant d’être implémenté aisément dans n'importe quel produit grand publie (TV, magnétoscope, récepteur satellite, etc) ou professionnel.
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* TELE-SHOPPING
TAXINOMIE ET TYPOLOGIE
DE L'ACCES CONDITIONNEL
Louis Claude GUILLOU CCETT
4 rue du Clos Courtel, BP 59 35512 CESSON SEVIGNE Cedex FRANCE
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Tél : +32 2 674 2243
RÉSUMÉ
1 Cet article cherche à modéliser l’accès conditionnel en diffusion. Après un positionnement du s sujet précisant en quoi consiste l'accès conditionnel. deux modèles sont présentés : divi — Unmodéleàdistribution des mots de contrôle illustre ce qui estexploité aujourd’hui par Canal Plus. De — Un modèle à distribution d'autorisations illustre ce qui est mis en œuvre dans le a cadre d’Eurocrypt. tale Cette modélisation fait ressortir l'impact де la normalisation et les possibilités d'évolution. "d plu DIC ABSTRACT 2 Afi This paper aims at a modelisation of conditional access in broadcast environment. After P defining the subject by saying what is conditional access, two models are presented. — Control words are distributed in a model which illustrates what is used by Canal 2. Plus. — Authorisations are distributed in a model which illustrates what is developed to-day Le for Eurocrypt. - се This modelisation emphazises the impact of standardization and the reserves for further - evolution. 2 de da са N( TABLE DES MATIÈRES - pr et е 1 INTRODUCTION 2 POSITIONNEMENT DU SUJET > 2.2 Solutions spécifiques aux câbles 2.2 Nécessité de l'embrouillage en diffusion 2 2.3 Rôle des mots de contrôle 5 Е А А " 3 MODELE À DISTRIBUTION DES MOTS DE CONTROLE d
4 MODELE À DISTRIBUTION DES AUTORISATIONS | 41 Titre d'accés : clé ou droit d'utiliser une clé у 42 Microcalculateur de sécurité : enterré ou bien détachable 7 C 4.3 Cartes à puce
5 EVOLUTION DES CARTES ET DES DÉCODEURS
- 96 –
2.3 Rôle des mots de contrôle
Les mots de contrôle, une fois déchiffrés, servent à définir l'état initial des automates produisant les séquences nécessaires au désembrouillage de l'image (pour chaque ligne, l'adresse d'un point de coupure parmi 256 points possibles) et du son (pour chaque paquet de données sonores, un motif déchiffrant à combiner par ou-exclusif au contenu du paquet). L'attaque brutale des composantes diffusées devient assez peu économique, surtout pour les sons.
Le méme mot de contróle est utilisé de la méme maniére au niveau du point d'émission pour les opérations d'embrouillage et au niveau de chaque décodeur pour les opérations de désembrouillage.
ÉMISSION RECEPTION
>, E ———
| Composantes |
Е Composantes é Composantes M en clair Embrouillage embrouillées Désembrouillage en cla | B ~ = R i о | Џ Génération de Génération de i | séquences séquences
| Е Synchronisation !
et signalisation en clair
À | І | Е І l |
Mot de contrôle
– – – ee me -- – – – – d
Mot de contrôle
FIGURE 1 — Embrouillage des composantes
L'accès au programme se trouve donc ramené à l'accès à des mots de contrôle qui servent à mettre à la clé les opérations de désembrouillage dans les décodeurs des usagers. La suite de l'article porte exclusivement Sur la maniére d'accéder à ces mots de contróle et sur la maniére de gérer l'audience afin de minimiser : — les contraintes imposées à l'usager, — les coüts de gestion et — la fraude.
On ne peut pas dire qu'il y ait une évolution du plus simple au plus complexe. | y a simplement des Optimisations économiques liées à l'état général des outils disponibles à un moment donné, compte tenu de l'évolution technologique.
3 Modèle à distribution des mots de contrôle Ce modèle est utilisé aujourd'hui par Canal Plus en France.
Chaque mois, chaque abonné reçoit un courrier personnalisé qui lui indique un code à frapper au clavier du décodeur pour le mettre à la clé pour le mois suivant.
Dans le cœur du décodeur, un microcalculateur reconstitue un mot de 16 bits à partir du cryptogramme frappé au clavier par l'usager. Ce mot est le mot de contróle évoqué au paragraphe précédent.
Le code frappé au clavier est en fait un cryptogramme du mot de contrôle. En effet, chaque décodeur est individualisé par une clé de distribution qui varie d'un décodeur à l'autre. Cette clé de distribution paramétre un algorithme cryptographique exécuté par le microcalculateur du décodeur pour rétablir le mot de contrüle en déchiffrant le cryptogramme. Cet algorithme n'est pas publié. Sa sécurité logique est aussi un des facteurs déterminants de la sécurité globale du système.
- 99.
ÉMISSION RECEPTION
пе
rene
| Messages de gestion і Ё des titres d'accès
Déchiffrement du mot de contrôle
Chiffrement du mot de contrôle
| (раг courrier mensuel) ©
Clés de distribution
i a A Décodeur Fichier des usagers et des décodeurs
FIGURE 2 — Modéle a distribution des mots de contréle Notons quelques conséquences au niveau de la gestion du système.
— La sécurité physique des décodeurs est un autre élément important de la sécurité globale du système. Les décodeurs sont immatriculés et identifiés ; un fichier des usagers établit la relation entre décodeurs et usagers. Les décodeurs sont loués avec le service : ils restent la propriété du gérant du système. La fabrication et la réparation des décodeurs doivent être contrôlées. | faut mettre à jour le fichier des usagers à tout remplacement de décodeur défectueux.
— | n'est pas envisageable d'intégrer de tels décodeurs dans les téléviseurs de l'avenir.
— Les décodeurs sont dédiés à un service ; en cas de multiplication des services payants, on doit envisager en poursuivant cette solution de multiplier les décodeurs, ce qui est inacceptable pour les usagers.
— Les codes mensuels ne doivent pas être longs, car les usagers doivent les frapper sur le clavier de leur décodeur.
NOTE — On pourrait bien sur envisager d'autres moyens de saisie des codes mensuels : codes à barres, tickets magnétiques, ... mais cela n'est pas compatible avec les impératifs de coût du décodeur.
Ку a tout de méme une certaine harmonie du produit développé par Canal Plus : la sécurité physique du décodeur est à la mesure de la résistance des techniques d'embrouillage. En effet, on пе met pas une serrure de haute sécurité sur une porte facile à contourner. La résistance fort limitée du produit 2 induit le législateur à pénaliser la détention de boites pirates, donc à plus forte raison leur fabrication €t leur commerce. Malgré tout, ces choix ont permis à une chaine à péage de voir le jour et de 56 développer en gagnant de l'argent.
- 100 -
E Composantes | Composantes en clair embrouillées
M | Б | i і о
9 Génération de er de |
séquences séquences
1 L Synchronisation
L - | А {par la ligne 310) |
| Е і ot de contrôle
5 Мота al | li 1 5 | T | А | М |
б С) << ъс с оа су
4 Modèle à distribution des autorisations
Quand la diffusion comporte une indication de synchronisation telle qu'un compteur de trames, alors cette information peut être utilisée pour produire les mots de contrôle. Une fonction à sens unique, facile à calculer, mais difficile à inverser, est utilisée pour générer les mots de contrôle. L'un des arguments de la fonction à sens unique est une clé d'autorisation de base. Le qualificatif «de base» signifie qu'il ne peut y avoir qu'une clé de ce type en usage à un moment donné sur un service donné.
Cette possibilité est prise en compte dans les spécifications produites par l'UER. Un nouveau mot de contrôle est produit toutes les 256 trames (environ 10 secondes) à partir des 20 bits de poids fort du compteur de trames.
Les spécifications produites par l'UER prévoient aussi un mot de contrôle local qui permet de tester facilement divers équipements. Cependant, l'embrouillage systématique па pas été imposé. Un tel embrouillage systématique augmenterait d'environ 1,5 décibel l'isolation entre canaux en réduisant les effets de diaphotie.
RÉCEPTION І Composantes Composantes | Composantes | Е еп сізіг Embrouillage embrouillées Désembrouillage en clair | M N о = | 0 | | Т Génération de Génération de | | séquences séquences i L Synchronisation і L А Compteur de trames і G (28 bits) ! Е Mot de contrôle Mot de contrôle local local 1 0 (20 bits) | (20 bits) І М Т Génération du Génération du І R mot de contrôle mot de contrôle | 0 І L E | к J Clé d'autorisation I Clé d'autorisation 1 5 de base de base
FIGURE 3 — Modéle a distribution des autorisations avec ECM implicites
Quand le système permet de diffuser des messages de service pour un coût marginal, en multiplexage avec les composantes embrouillées, alors les mots de contrôle sont tirés au hasard à l'émission, puis chiffrés grâce à un algorithme de chiffrement utilisant une clé d'autorisation, et déchiffrés à la reception au niveau du décodeur par un algorithme de déchiffrement utilisant la même clé d'autorisation. Les messages de service sont appelé «messages de contrôle des titres d'accès» {en anglais ‘entitlement control messages" abrégés en ЕСМ)). Le mot de contrôle (en anglais “control word" abrégé en CW) peut alors être à la fois long en information (une soixantaine de bits) et bref en durée de vie (quelques dizaines de secondes). Des microcalculateurs de sécurité matérialisent les titres d'accès des usagers et rétablissent les mots de contrôle à partir des messages de contrôle.
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ll faut bien sur mettre à jour les titres d'accès des usagers dans leurs microcalculateurs de sécurité: Pour modifier les titres d'un usager, il faut que le microcalculateur de sécurité de l'usager reconnaisse k voix de son maître. Le microcalculateur utilise une clé de distribution pour vérifier les «messages (је gestion des titres d'accès» (en anglais “entitlement management messages” abrégé en EMM). Quang. le résultat du calcul cryptographique est cohérent, le microcalculateur persuadé d'avoir affaire 4 son maître exécute les opérations requises pour gérer les titres d'accès.
Les messageries de gestion des titres d'accès peuvent être partagées entre plusieurs usagers ф manière à réduire le nombre de bits utilisés pour chaque usager. Un groupe d'usagers doit alors partager la même clé de distribution.
Ainsi parvient-on au modèle d'accès conditionnel décrit dans la figure suivante, très proche de сеје publiée par l'Union européenne de radiodiffusion (ЈЕР).
= = oe же е жш ш же ue а
Clés де Clés primaires distribution de vérification I
I X Carte d'accès Fichier des usagers
et des cartes d'accès FIGURE 4 — Modèle à distribution des autorisations
i RÉCEPTION E Composantes Composantes i Composantes і M en clair Embrouillage embrouillées Désembrouillage en clair | CY B со | R Séquences Séquences | о U Générateur de Générateur de | | séquences séquences | ~ : Synchronisation | —À | А (8 bits) | G Compteur de trames | Е (28 bits) Mot de contrôle і с Mot de contrôle Paramètres | о de contrôle | N Message de contrôle] | T Chiffrement des Signature des titres d'accès Vérification | Déchiffrement des 2 R mots de contrôle | de messages de messages | mots de contrôle |: 0 L Clé secondaire А Е de vérification I Pa d à і G I R H | = | Messages а un, ET: CIE secondaire з | Clé d'autorisation à quelques uns, | де vérification a | Е ou à tous les usagers Pme ШЕ б 00] Droits. ms S l| |dacces- "n 1 Message de gestion NE GS || . : des titres d'accès Vérification Déchiffrement f Signatu | e о ee де есе м de messages de clés і е сіёѕ N ij | |
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4.1 Titre d'accès : clé ou droit d'utiliser une clé ? Mais qu'entend on par titre d'accès ? Deux positions se sont affrontées à l'UER.
Première position : Tous ceux qui détiennent la même clé de service ont le même droit. Cette position simple à expliquer complique la gestion. Pour modifier l'état d'un seul usager, il faut modifier la clé d'autorisation : cela implique tous les autres usagers. La gestion d'une partie de l'ensemble implique la gestion de l'ensemble.
Quand le changement de clé d'autorisation se fait par adressage à l'antenne, la nouvelle clé est distribuée à des pirates éventuels qui auraient fait des clones d'un microprocesseur de sécurité et qui continueraient à payer les droits pour le microcalculateur original. En changeant de clés de service à tout bout de champ, on ne modifie pas la sécurité d'un tel systéme.
C'est la confusion entre la gestion des clés d'autorisation et la gestion des titres d'accés au service qui entraîne une gestion “totalitaire” du système : toute modification de l'audience, aussi minime soit-elle, implique la totalité de l'audience.
Deuxième position : un titre d'accès est défini par un état restreignant l'usage d'une clé d'autorisation. Cet état est géré carte par carte, sur une base individualisée. Plus complexe au premier abord, cette proposition simplifie en fait la gestion du systéme.
Pour modifier les titres d'un usager, il suffit de modifier l'état d'utilisation d'une clé d'autorisation dans le microcalculateur de sécurité de l'usager. Seule la partie concernée de l'audience est affectée par cette gestion 'individuelle'.
L'edressage à l'antenne est principalement réservé à la gestion d'états associés aux clés d'autorisation dans les microcalculateurs de sécurité. Ainsi, par exemple, on peut renouveler un abonnement, inscrire une séance payée à l'avance, distribuer de nouveaux crédits sous la forme de tickets à consommer ,..
Cette réflexion est confortée par l'analyse suivante.
— D'une part, la gestion de la clé d'une autorisation est un probléme de confidentialité, où le microcalculateur de sécurité est mis à la clé. La gestion des clés implique la mise en ceuvre de Secrets. La normalisation d'une technique de mise à la clé est peu probable aujourd'hui, compte tenu des problémes politiques soulevés par cette question.
— D'autre part, la gestion de l'état d'une autorisation est un problème d'intégrité, où le microcalculateur de sécurité doit reconnaitre son maitre. La gestion de l'état n'implique pas obligatoirement le secret, et quelques solutions techniques apparaissent dans cette direction. La normalisation de techniques de gestion de droits sans secret pour l'usager ne souléve pas les mémes problémes politiques, dans la mesure oü on ne peut détourner l'usage de ces techniques qui ne permettent pas la mise à la clé.
4.2 Microcalculateur de sécurité : enterré ou bien détachable ?
Le microcalculateur de sécurité doit rester la propriété du gérant du systéme. Quand, de maniére imagee, on dit qu'il reconnait son maitre, cela illustre bien que ce ne sont pas les souhaits de l'usager, mais bien les ordres du maitre, qui doivent être pris en compte. Toute solution doit s'appuyer sur des dispositifs présentant des garanties suffisantes de sécurité physique.
Si le microcalculateur de sécurité est enterré dans le décodeur, alors le décodeur lui-même doit rester la propriété du gérant du systéme. Nous avons évoqué les conséquences de cette situation sur la fabrication, la vente et la réparation des décodeurs. Un décodeur ne peut avoir deux maitres à la fois. Au fur et à mesure que les chaines à péage se multiplient, il faut alors multiplier les décodeurs.
Si le microcalculateur de sécurité est détachable, alors les décodeurs peuvent être banalisés. La fabrication, la vente et la réparation en sont libres. On peut méme envisager de les intégrer dans les téléviseurs, Mais il faut en conséquence mener à bien un travail supplémentaire en normalisation en prescrivant l'interface entre le décodeur et le microcalculateur de sécurité.
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Vaut-il mieux décrire en détail un algorithme cryptographique sans trop savoir sur quel microcalculateu. de sécurité il sera implanté, ou bien décrire l'interface d'une famille de microcalculateurs de sécurité sans dévoiler les algorithmes cryptographiques utilisés ? |
La possibilité d'évolution des solutions est un facteur déterminant dans le choix de la solution : les microcalculateurs de sécurité détachables permettent l'évolution des masques de programmes (et particulier les algorithmes cryptographiques et les modes de commercialisation des services qui sont et fait les méthodes d'utilisation des algorithmes) et méme l'évolution des microcalculateurs eux-mêmes.
4.3 Cartes à puce
Le contrôle d'accès à distribution d'autorisations avec une carte à puce a été conçu et développé aj CCETT avant méme que Canal Plus ne soit créé, et que "ЈЕВ et l'ISO n'entament leurs travaux de normalisation. Aux actes d'un congrès à Liège en Belgique le 24 novembre 1980, figure un article écr par Louis Guillou sous le titre «Aadiodiffusion à péage pour application au télétexte ANTIOPE».
Aujourd'hui, les magazines Chronoval et Chronoptions sur ANTIOPE fournissent chaque jour en Franc diverses informations boursières commercialisées par la société SDIB. Les mots de contrôle ont une longueur de 60 bits et une durée de vie de 20 secondes. Les cartes à puce PCO fonctionnent sur і base d'un abonnement mensuel.
Cependant, il a fallu attendre les normes D2-MAC paquet pour transposer efficacement le procédé ah télévision. Le systéme «Visiopass» est une évolution du systéme spécifié pour ANTIOPE. Les cartes PC2 font place aux cartes PCO. Et le procédé est adapté à la télévision en D2-MAC paquet.
L'organisation internationale de normalisation (ISO) et la Commission électrotechnique international (СЕ!) prescrivent l'interface des cartes à microcircuits à contacts dans la série de normes /SO/CEÏ 7816 Cartes à circuits intégrés à contacts. L'interface entre les décodeurs «Visiopass» et les cartes PQ contenant les titres d'accés des usagers est conforme à cette série de spécifications.
— ISO/CEI 7816/1, 1987, Caractéristiques physiques. — ISO/CEI 7816/2, 1988, Dimensions et emplacements des contacts. — ISO/CEI 7816/3, 1989, Signaux électroniques et protocoles d'échange.
Note — Les microcalculateurs pour cartes à puce sont de sérieux candidats comme microcalculateurs de sécurité, que leur utilisation soit prévue comme dispositifs enterrés ou comme dispositifs détachables.
Dans ces systémes utilisant des cartes à puce, on distingue
— les cartes mères utilisées par les gérants des services pour élaborer les ECM (cryptogrammes des mots de contrôle) et les EMM (distribution de nouvelles clés d'autorisation ; gestion de droits associés à une clé d'autorisation) ;
— les cartes filles utilisées par les usagers des services pour reconstituer les mots de contrôle el matérialiser les droits d'accès.
Dans les cartes PC2, les messages proposés aux cartes filles pour entreprendre un calcul de contrôle ou une opération de gestion ont tous la méme structure.
— Un premier champ d'information précise à qui s'adresse le message : à toutes les cartes а la foi. à un groupe de cartes avec une indication oui/non pour chaque carte du groupe, ou à une carte, ainsi que le but de l'opération : calcul d'un couple de mots de contróle, distribution d'une nouvelle clé d'autorisation, ou attribution d'un nouveau droit.
— Un deuxiéme champ contient : deux cryptogrammes, un cryptogramme, ou rien du tout, suivant le but de l'opération : deux mots de contróle, une clé d'autorisation, ou une gestion de droit.
— Un troisième champ porte un code d'authentification de l'ensemble du message.
La carte commence par vérifier le code d'authentification du message avant d'entreprendre toute autre action. Quand le code n'est pas cohérent, la carte devient muette. || faut ensuite la remettre à zéro pour pouvoir à nouveau dialoguer avec elle. En pratique, les cartes filles PC2 se comportent док en fonctions nulles presque partout quand on leur soumet des messages pris au hasard. La densité des messages entraînant un calcul est d'environ un message tous les 29^ messages puisque chaque code d'authentification de message comporte 64 bits.
—
16
rite,
es 5
Dans les cartes РС2, les clés utilisées pour la vérification de codes d'authentification de message sont distinctes des clés utilisées pour déchiffrer des cryptogrammes contenus dans ces messages.
En outre, il faut fournir en cartes filles plusieurs gérants de services sans qu'il y ait d'interférence entre {а sécurité des uns et des autres. De plus une même carte fille doit pouvoir supporter des droits pour des gérants de services différents sans qu'il y ait d'interférence dans la carte entre les secrets des uns et les secrets des autres. L'architecture des cartes PC2 est donc organisée en une «entité maitresse» (еп anglais ‘master file’ abrégé en MF) et en plusieurs «entités dédiées» (en anglais “dedicated Не" abrégé en DF). L'objectif de sécurité est d'assurer l'étanchéité entre les diverses entités dédiées, et aussi entre l'entité maîtresse et les entités dédiées. A l'ISO, ces sujets sont aujourd'hui en cours de normalisation en vue de l'établissement d'une quatrième partie à la norme ISO/CEI 7816.
5 Évolution des cartes et des décodeurs
La télévision à péage acquiert aujourd'hui une dimension européenne. La diversité des solutions présentées au cours de ces journées est plutót une garantie de vitalité, et il faut y chercher les indications qui précisent les différentes évolutions possibles.
Pour ce qui est des décodeurs, le débat entre le microcalculateur détachable et le microcalculateur enterré est-il clos ? Je ne le pense pas en considérant les deux cas suivants.
— Parmi les évolutions suggérées pour Eurocipher, il y a un microcalculateur de sécurité détachable pour compléter l'action du microcalculateur de sécurité enterré afin de mieux contróler l'expansion de la fraude.
— Là voie choisie par Vidéocrypt comporte dés le départ deux microcalculateurs de sécurité : les droits d'accés figurent dans une carte, comme dans Eurocrypt ; mais le décodeur contient un autre dispositif qui authentifie la carte qui doit contenir une accréditation convenable.
NOTE — L'accréditation est une signature de l'identité de la carte par une technique à clé publique. La carte peut prouver qu'elle dispose de l'accréditation requise sans révéler sa valeur par des techniques dites «à apport nul de connaissance» (en anglais, “zero-knowledge techniques’). Le vérificateur doit seulement utiliser la clé publique publiée par l'autorité qui délivre les accréditations.
L'usage simultané de deux microcalculateurs de sécurité, l'un enterré, l'autre détachable, permet certainement de mieux contrôler l'évolution de la fraude en compliquant la tâche des fraudeurs.
L'usage simultané de deux microcalculateurs de sécurité, l'un enterré, l'autre détachable, permet aussi à une autorité ayant fait développer et commercialiser des décodeurs d'en contróler l'usage par des opérateurs, ce qui peut poser un certain nombre de problémes éthiques et institutionnels.
Les techniques à apport nul de connaissance, stade ultime de l'évolution des techniques
Cryptographiques à clé publique, ont également un impact important sur l'évolution des cartes à puce elles mémes.
Ainsi, des cartes peuvent à l'avenir étre émises par un organisme (ou plusieurs organismes) reconnu et accepté par les gérants de services. Le róle d'un tel organisme est d'homologuer et de labelliser les modéles de cartes proposés par les constructeurs, et d'harmoniser les travaux de normalisation et de Spécification. Un tel organisme pourrait étre un GIE européen, une Banque centrale, ...
Les cartes peuvent ensuite étre vendue librement sous emballage scellé dans les magasins. Les usagers les acquiérent. Et à la passation d'un contrat entre l'usager et un gérant de services, une ou Plusieurs entités dédiées sont créées dans la carte, par délégation de l'autorité ayant émis la carte.
SOME STUDIES ON A CONDITIONAL ACCESS SYSTEM
FOR DBS TELEVISION SERVICE
ALGORITHMS OF PERMUTATION SCRAMBLING AND AN EXPERIMENTAL DECODER
WITH SMART CARD
Takeshi KIMURA, Masafumi SAITO, Seiichi NAMBA NHK - Japan Broadcasting Corporation
Science and Technical Research Laboratories
1-10-11 Kinuta, Setagaya-ku
TOKIO 157
JAPAN
Tél: +813 415 5111
- 108 —
ABSTRACT
Among the many scrambling techniques, line permutation is widely used. Here some typical algorithms of a line permutation scrambling method are described and compared. Also the idea of «depth-control» is introduced.
Іп а conditional access system, the security of the receiving end is very important, To realize a secure system, a smart Card is applied to our experimental conditional access system. An outline and the features of the system are described.
RÉSUMÉ
La permutation de ligne est largement utilisée parmi les nombreuses techniques de brouillage. Certains algorithmes typiques de la méthode de brouillage de permutation sont décrites et comparées. Nous avons également introduit une idée de «contrôle de profondeur» («depth- control»).
Dans le système d'accès conditionnel, la sécurité de l'extrémité de réception est très importante. Pour réaliser un systéme sur, la carte à microprocesseur est appliquée à notre système d'accés conditionnel expérimental. Les particularités et données générales du système sont décrites.
TABLE OF CONTENTS
1. INTRODUCTION
2. LINE PERMUTATION ALGORITHMS AND ITS CHARACTERISTICS 2.1. Introduction of depth control 2.2. Line permutation scrambling methods 2.3. Comparison of permutation methods 2.4. Method adopted in Japanese DBS pay TV
3. EXPERIMENTAL CONDITIONAL ACCESS SYSTEM 3.1. Outline of a conditional access system for DBS in Japan 3.2. Experimental transmitting equipment 3.3. Equipment at the receiving end 3.4. Features of the smart card system
1. Introduction
Ме have been making various studies on а conditional access system, signal scrambling and access control techniques. And some of the studies have contributed to make up the technical standards of Japan. In this paper, we are going to present two subjects. One is the algorithms of line permutation scrambling methods, and the other is our experimental conditional access system adopting а smart card.
In recent years, the needs for a conditional access system are growing, along with the diversity of people's needs towards broadcast programs and an increase in broadcasting channels with the development of DBS and CATV. In Japan, against this background, the technical standards of a conditional access system for DBS pay TV was specified by ordinance in 1990. A broadcasting service based on these technical standards is going to be started in 1991 by JSB ( Japan Satellite Broadcasting Corporation ) via the BS-3a satellite. Also, the technical standards for a quasi-broadcasting service through communication satellite is now under study.
2. Line permutation algorithms and its characteristics
Many picture scrambling techníques have been developed. Among them, the line rotation scrambling technique and line permutation scrambling technique demonstrate good performance in the unrecognizability of scrambled pictures and provide security against unauthorized decoding. For that reason they are widely adopted in high securitv conditional access systems.
Line permutation scrambling is a technique that transmits the video signal after permuting the order of its original scanning lines. Suppose that the number of scanning lines per block in which the permutation executes is N, the number of all the possible permutation is М! ( factorial of N ). If N = 240 ( approximate the active lines per field in the NTSC system ), N becomes an enormous number of 4.1«10468, This large amount of possible permutations is the reason that the line permutation scrambling provides good security. And for the same reason, there are many algorithms for line permutation scrambling. Іп this section we discuss line permutation scrambling aigorithms.
2.1 Introduction of depth control
Preceding our main discussion of line permutation scrambiing, we will introduce the idea of the "depth-control" of signal scrambling. Ordinarily, the scrambled signai is required not to bo recognized һу the original signal. This is very true in the case of telecommunication which is to be done between specially fixed stations. But, in the case of broadcasting, where programs are transmitted toward many general receivers, the broadcaster doesn't always intend that unauthorized
- 109 -
- 1104.
receivers not receive his program, but rather intends them to promote а contract with and receive his program. So, on special occasions, lt is desired to reduce the unrecognizability of the scrambled signal to the degree that the subject of the program can be recognized but the program can not be enjoyed. in such circumstances, the idea of "depth- control," which means the conscious reduction of the unrecognizability of the scrambled signal based on these aims or the technique to achieve it, is very suitable for ( perhaps only for ) broadcasting. Considering the “depth-control” technique, the following points are important: (a) The service which the authorized receivers accept should not be impaired because of the addition of the depth-control function. (b) The addition of the depth-control function does not increase the cost of the decoder nor the expense of the authorized receiver. (c) The depth-control scrambled signal ( picture or sound ) should not be so unpleasant and be acceptable, if possiblo.
In the line rotation scrambling system, the degree of unintelligibility can easily be controlled by limiting the positions of the cut points. With the line permutation system, this is also possible, and the methods of achieving depth-control are taken into account in the following consideration of the line permutation algorithms.
2.2 Line permutation scrambling methods Some typical methods and algorithms for line permutation scrambling are described in this section.
2.2.1 Shuffling table look-up method
The most easy and direct way to realize a líne permutation scrambier or descrambler is to have a table that contains some shuffling maps. The original lines are put into memories in regular order and scrambled lines are accessed out of memories in the shuffled order the table addresses. Suppose that the table contains K-kinds of shuffling maps, there may be K permutations. So, the security of the system is limited by the size of the table, that is, usually by the size of the ROM.
Some modification can be made in this shuffling table method to improve the security. For example, tho original lines are put into memories in the shuffled order the table addresses and scrambled lines are accessed out of memories again in tho shuffled ordor. This system has К2 permutations.
2.2.2 N! shuffling algorithm
The first scrambled line will be selected from N original lines, the second line will be selected from the other N-1 lines, and so on for be the 3rd through Nth line. All these selections will be N! ways. The N! shuffling algorithm executes the permutation in this manner.
Algorithm 1
(1) Repeat (2) and (3) while scanning I from 0 to М-1. (2) Select J randomly between | and N-1.
(3 Exchange the Ith line and Jth line.
in step (2), J will be selected from a different range at every repetition. This may be achieved by the product of the range and a random source. Then, N times of product operation is necessary.
2.2.3 NN shuffling algorithm This algorithm is a modification of the previous algorithm.
Algorithm 2
(1) Repeat (2) and (3) while scanning I from 0 to N-1. (2 Select J randomly between 0 and N-1.
(3 Exchange the Ith line and Jth line.
Modification is made in step (2). The range, in which J is selected, is fixed at every repetition. So, this algorithm enables faster operation in micro-processing.
This algorithm has NN routes in the permutation result. But of course there are at most N! sets of the permutation result. Some subsets of the route cause the same permutation result.
In the NN shuffling algorithm, depth control can be achieved bv executing step (2) as follows.
Algorithm 2-1 (1) Repeat (2) and (3) while scanning I between 0 and Х-1. (2) Generate random number R in the range 0 and В-1. ( D is the index number of depth-control ) Let J = (C I + R ) modulo N. (3) Exchange the Ith line and Jth line.
in these ways the distance of the two swapping lines in every step (3) is limited within D. So the scrambling depth can be controlled. For full scrambling lot D + N, and for controlled scrambling let D be Smaller. You can see in Fig.5-(3) that the scrambled line remains near the original line position, but the scrambled lines are not
- il -
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equally distributed upward and downward.
In order that the controlled-depth scrambled lines are equally distributed upward and downward, scanning in step (1) needs to be in shuffled order. For example, it may be directed by a random scanning table, or more easily interleaved scanning may be available. An example of a scrambled picture by interleaved scanning is shown in Fig.5-(4).
2.2.4 Line number ciphering -1
A block diagram of a scrambler or descrambler using this method is shown in Fig.l. The original lines are put into memories іп the regular order addressed by counter-1, and the scrambled lines are accessed out of memories in the ciphered order that is addressed by counter-2 and the cipher circuit.
In general, the x-bit cipher circuit enciphers 2Х members of plain text into 2% members of cipher text. However, the number of lines N per block Is not always just 2's power. Without checking the ciphered line number, a line number which exceeds N will be generated. To avoid this, a checking circuit must be added. And if the ciphered line number exceeds N, the checking circuit makes counter-2 count up again to regenerate a new line number.
original picture
line memories
scrambled picture
line address
counter- 1 regular order
A cipher ishuffled order counter-2 ; А | circuit |
Бе cipher key checking p circuit
и
re-count
Fig.l Line number ciphering -1
2.2.5 Line number ciphering -2
The principle of this method is similar to the previous line number ciphering -1. A block diagram of a scrambler or descrambler using this method is shown in Fig.2. The difference is the N member cipher circuit, which ciphers N members of plain text into N members
of cipher text. This method can save the test circuit and the counter- 2, and also save address regeneration time.
An example of this type of cipher circuit is shown in Fig.3. Suppose that N is a product of two integers N1 and N2. Then, one of the N members can be expressed by the two components x and y, either of which is a member of М1 or N2 respectively. First, х0 is mapped into xl, with the mapping а function of yO and the cipher key. Then, у0 is mapped into yl, with the mapping a function of хі and the cipher key. These stages are repeated several times. In each stage, mapping can be realized by modulo N1 addition, small mapping tables, or a combination of these.
un E ae,
1
original line | scrambled picture memories picture
Mine address
| regular order) | counter-1 — yo
N member cipher circuit
shuffled order
cipher key
Fig.2 Line number ciphering -2
plain, text
Y a component divider |
|х0 combination [mapping | function | function
Stage] | 7 > E | сірһег Кеу mapping combination function function Е yll 1 | | | | cascading several stages
| component combiner |
cipher text
Fig.3 An example of N-member cipher circuit
- 113 ~
- 114 -
Тһе depth control can be achieved by bypassing all the mapping of component x, while x is the most significant component. In this case, the scrambled picture will be divided into N1 sub-biocks of N2 lines as in Fig.5-(5).
2.2.6 Memory address control method ( Non-block line permutation ) All the methods described above require a memory capacity of at least N lines in the scrambler and descrambler. On the other hand, the following method can realize a descrambler with less memory capacity than N lines without sub-blocking. Suppose that the memory capacity is selected to be M lines, the descrambling algorithm is as follows:
Algorithm 3
(1) Repeat (2) while scanning I between 0 and M-1.
2) Put scrambled line into Ith memory.
3) Repeat (4) and (5) (N-M) times.
} Select I between 1 апа M randomly.
5) Access descrambled line out of Ith memory, and put scrambled line into Ith memory.
(6) Repeat (7) while scanning I between 0 and М-1.
(7) Access descrambled line out of Ith memory.
In (1) and (2), the first M scrambled lines are stored in the line memories. Next, in (3),(4) and (5), a descrambled line is access out of a line memory, and at the same time a scrambled line replaces that space in the memory. This operation is repeated until the last scrambled line is put into the memory. And just after this, the memory contents the last M lines. Then, in (6) and (7), the last M descrambled lines left are swept out of the memory, and the descramble operation in a block of N lines completes.
According to this algorithm, the descrambler requires a memory capacity of only M lines, while the permutation block is N lines. But the memory of the scrambler that executes the inverse permutation needs to have a capacity of N lines.
2.3 Comparison of permutation methods Some examples of the scrambled picture are shown Fig.5. A
comparison of these permutation methods is shown in Table 1. In this
table, the comparison is done for the following items:
(a) the number of possible permutations
(b) the mode of the random number: line-by-line random sequences or random key per block
(c) hardware necessary to build the descrambler: memories for the picture signal, and а controller to manage the permutation
(4) necessity of software (е) depth-control
2.4 Method adopted in Japanese DBS pay TV 13)
In the transmission standards of ( NTSC ) pay television broadcasting via satellite in Japan, the memory address control method ( the non-block line permutation method in its term } is used as the method of line permutation, because of the simplicity of the contro] circuits. The transmission standard is specified by calculation of the inverse permutation, according to the descrambler algorithm. The following is an outline of the system.
Scrambling lines ---- 240 lines ( 23H - 262H, 286H - 525H ) Scrambling memories -64 lines Depth-control ------- 3 degrees
( full / color periodical / 32-line periodical ) Descrambler circuit - Fig.4
scrambled
| M line | ,de-scrambled picture
memories | picture
memory address
random number depth-control
А AND-gate B A&B&C
D type F/F
gate signal C —— H drive
random number - 6 bits of line-by-line random sequences depth-control - full ................ 111111(binary)
color periodical .... 111110
32 line periodical .. 100000 gate signal---- 86H-262H, 349H-525H . 111111
other lines ......... 000000
Fig.4 A memory address control method in the Japanese system
- 115 -
(1) original picture
(М = 240 )
(2) NN shuffling algorithm / full-depth ( N! shuffling algorihtm ) { line address ciphering -1/2 ) ( shuffling table look-up ) (М = 240 )
(3) NN shuffling algorithm / depth-controlled ( N = 240, D =
16, regular scanning )
(4) NN shuffling algorithm / depth-controlled
16, interleaved scanning 13:1 )
(5) line number ciphering -2 / depth-controlled (М = 240, МІ = 8, № = 30)
(6) memory address control
( N = 240, M =
/ full-depth 64 )
Fig.5 Some examples
of the scrambled picture
- 116 -
|
зроцчјош појтзејпшлод
L
Е В
ЛЕРОС ИЗЕР. ЕИО
дәТашолозәр 1085990014 |; (лаға | | 098TNUTS -олотш SOUTT NZ JO N | 80114ш2128) 998119 ( 5:81) 995 ) soouonbos [013000 p'£ 995 | auou o[durs ATA səu l W о [- А4-911] (шеке |55әлрре KA019Ul INDIJO тацато | | Доу ЦІЯ z-3urioqudio 67072 998 9uou лајштоз SOUIT NZ JO N Жаң Я2014 ye Jaqunu 2011 € : Lepsa 2 ЕВА ае | anasto yooayo атподто доцдто A34/831Q:M І-Зитләцато auou злодипоз 2 SOUTT NZ JO N Ком X90Iq ye дәдшпи әш iN ЧЕЧ 105592048 soouonbos g'z'a 995 әүашүѕ әлош -олоТш азитт NZ IO N QUI[-4Q-OUTII | iN а тло WN men m p^ E ss einai ig ia ded intact ays | suoyyerado 105әоода soouonbos aonpoid қ -0JO TU бәт NZ ION aul [-Aq-OuTT iN HUITIOBTE [к | МИЕ Ж | dus 914812 ә1481/54вш:Уу | auou задипоз SOUTT NZ JO N say HOOT gH 10 У ап-Я001 91491 J9T1017U09 БӘТЛОШӘШ Алошош олпаота | - - додшти шорџчел зџојјејпилод | 1041u02-3dep 9J9A]]O0S әдемрінц 10 opou jo лодтни роцјәш
- 117 -
5 Ai
3. Experimental conditional access system
The experimental equipment of the conditional access system is shown in this section. Using this equipment, a Japanese DBS conditional access broadcasting system and other picture scrambling techniques, including some of the line permutation scrambling methods described in this paper, sound scrambling techniques and access control techniques are examined.
scramble controller
audio encoder/ scrambler
audio signal
video signal
transmitter
Fig.6 Outline of the experimental conditional access system
3.1 Outline of a conditional access system for DBS in Japan '*?
This system is applied to the digital sub-carrier/NTSC system.
The methods of picture scrambling are line rotation or/and line permutation, and they are controlled by a pseudo-random sequence generator.
The method of sound scrambling is exclusive-OR combination bit by bit of the sound data ( except for range bits ) with the bits of a continuously running pseudo-random generator.
Pseudo-random sequence is generated by non-linear combinations of the outputs of three multistage linear feedback shift registers ( 13, 11 and 8 stages each ), and the timing signal is transmitted as a part of the sound frame control codes.
Four types of access control messages are available as messages necessary for descrambling at the receiving end and for controlling the
став m.
pay television service.
(а) the "program related message”, which includes
- a key for descrambling picture and sound
- bits for expressing subscriber groups who have program access entitlement
- the price of the program, etc.
(b) the "дезскатрје direct control data”, which disables the de- scrambling function of stolen or unauthorized receivers forcibly, or restores the descrambling function.
(с) the "individual subscriber's message", which includes
- an authorization key to decipher the program related message
- subscriber contract data, etc.
( Many types of subscription contract, such as flat fee, tiered and pay-per-view, are available. )
(d) the "Message data for display", which conveys the information concerning the pay TV service.
Program related messages, descrambler direct control data, and message data for display are transmitted in a packet format on the data channel, which is the free area in the digital sound signal transmission format. The length of the packet is 288 bits. Individual subseriber's messages are distributed on the data channel, or using physical media.
3.2 Experimental transmitting equipment
The picture scrambler can realize line rotation scrambling, line permutation scrambling and both at the same time. It has memories capable of two fields and one microprocessor. The microprocessor manages the memories for executing picture scrambling. Although there are some methods suitable for full hardware realization, as described in section 2, with this equipment, all the methods are realized by software to generalize the hardware.
The scramble controller consists of one personal computer. It sends the scrambling keys to the picture scrambler and the sound scrambler and transmits corresponding access control messages through the packet multiplexer, about every second. It also manages receivers’ information and transmits receivers’ personal messages at the same time.
3.3 Equipment at the receiving end 1%!
Wo adopted a smart card system in the access contro} part of our experimental equipment. The functions which the decoder and the smart card take respectively are shown in Fig.7.
- 119 -
130 _
video video signal, descramble signal | | digital sub-carrier audio audio signal descramble signal
| [operation
packet demultiplex
display
r — — — — — —
decoder
б ыа 7 шагь card, dexakuher access control | | р functions! |
Fig.7 Functions in the decoder
3.3.1 Decoder The functions that the access control part of the decoder takes
) descrambles the picture signal (р) descrambles the sound signal у de-multiplexes the access control message packet from the digital sub-carrier (d) corrects errors in the access control message packet (е) sends the access control message packet to the smart саға (f) receives the descrambling key in response, and gives it to the descrambling part (g) inputs the audience operation ( request to view, etc.), and reports to the smart card (h) receives the message ( program price, etc.) from the smart card and displays it.
The picture descrambler and the sound descrambler execute functions (a) and (b}, respectively, and the packet de-multiplexer executes function (c). These are built in as exclusive-use hardware.
A general purpose 8-bit microprocessor executes functions (d)-(h), while it has peripheral hardware for the crror correction. These functions are mostly interfaces between the descrambler, the audience and the smart card.
3.3.2 Smart card The smart card used in this equipment is based on the 150
standard. It has a mask ROM for instructions and also ап EEPROM for instructions and data.
All of the access control messages mentioned in 3.1 are processed in this smart card. And the functions that the smart card executes are:
(a) deciphers the access control messages
(b) manages access control:
- checks if access to the program is permitted - manages fees
- keeps information about the contract
(c) manages some parts of human interfaces:
- inputs and interprets operation
- outputs display messages
(4) keeps information about the program viewed
Functions (a) and (b) are those of security, and (c) and (d) are additional ones.
These security and human interface functions which the smart card executes can be updated by replacing the smart card, if this is necessary. And in this smart card, the functions can be updated also by the broadcaster's terminals or over-air because the instruction codes may be allocated on the EEPROM area.
The interface signals that connect the decoder and the smart card
(a) the access control message packet (b) the descramble key
(c) information about audience operation (d) the display message
3.4 Features of the smart card system The smart card system has the following features:
(a) The smart card is separated from the decoder.
(b) The decoder has no secrets.
(с) The decoder need not be personalized.
(4) Almost all of the security part is in the smart card.
(е) The smart card can be personalized, if necessary.
(f) The instruction codes for the security functions may be allocated in the EEPROM area.
Also, it gives some benefits to each person. Of course, supposing that the smart card remains in the decoder, it provides the same benefits as s system without a smart card. Further benefits are:
(а) For the manufacturer... - Decoder manufacturers are freed from keeping secrets and clectrical
- 121 -
5.
numbering, so that they can manufacture and distribute the decoders similarly to other goods.
- Also, smart card manufacturers are freed from keeping secrets, because the instruction codes can be stored in the card at the user | ( broadcaster ) end.
(Ы) For the broadcaster...
- The broadcaster need supervise only the smart cards, which are small and easy to handle.
- Also, it is difficult to access the secrets by breaking the smart card; more difficult than in the case of a mask ROM.
- The broadcaster can adopt his own private security functions, by providing his customers with his exclusive smart cards.
- And even if his secret is let out, new security functions can be adopted by providing a new smart card.
(c) For the authorized receiver...
- He can choose his favorite decoder model independent of the broadcaster with whom he has contracted.
- Those who possess a smart card can enjoy programs with any decoder.
References
[1] "Technical standards on а conditional-access broadcasting system for application to satellite television", Report of Tele- communications Technology Council for Ministry of Posts and Telecommunications, 1988 (in Japanese).
{2] M.Saito, T.Kimura, S.Namba: "A study on an Application of IC Cards in a Broadcasting Receiver", Nat. Conv. IEICE(Spring), B-198, 1989 (іп Japanese)
UN SYSTÈME D'ACCES CONDITIONNEL
POUR LES RÉSEAUX DE DIFFUSION LARGE BANDE
Г;
EUROCRYPT
Françoise COUTROT, Vincent LENOIR CCETT
4 rue du Clos Courtel - BP 59
35512 CESSON SEVIGNE Cedex
FRANCE
Tel : +33 99 02 41 11
- 124 —
RÉSUMÉ
Le système EUROCRYPT vise le marché de la TV payante sur satellite de diffusion directe, les réseaux cáblés ou les réseaux hertziens. La sécurité du système repose sur l'usage de cartes à mémoire. Il permet une approche ergonomique et conviviale des services de TV payante. Се systéme, prévu pour une gestion multi-services des opérateurs, est également évolutif. Aujourd'hui, Eurocrypt a été retenu par le CSA en France pour les chaines payantes sur TDF1/ TDF2, par FRANCE TELECOM pour les services payants de ses réseaux câblés et, en Scandinavie, par Scansat pour la communication de ses programmes ASTRA.
ABSTRACT
The Eurocrypt system is aimed at the DBS, CATV and terrestrial pay-TV services. Security of the system relies on smart card use. It allows an ergonomical and userfriendly approach of pay-TV services. This system includes multi programme provider management and evoluti- vity facilities. Nowadays, Eurocrypt has been chosen by CSA in France for pay-TV channels of TDF1/TDF2, by FRANCE TELECOM for pay-TV services on its cable networks and, in Scandinavia, by Scansat for its ASTRA programmes.
TABLE DES MATIÈRES
TECHNIQUES D'ACCÈS CONDITIONNEL
MODES DE COMMERCIALISATION DES SERVICES DE TV PAYANTE
ORGANISATION DU SYSTÈME
SÉCURITÉ DU SYSTÈME
ADRESSAGE SUR ANTENNE
ÉVOLUTIVITÉ DU SYSTÈME
VISIOPASS : LE SERVICE D'ACCÈS CONDITIONNEL OFFERT PAR FRANCE TELECOM
CONCLUSION
D ë
м © A d ~
UN SYSTEME D'ACCES CONDITIONNEL POUR LES RESEAUX DE DIFFUSION LARGE BANDE
EUROCRYPT
Françoise Coutrot et Vincent Lenoir (C.C.E.T.T.)
L'accroissement considérable des capacités techniques de diffusion apporté par је câble et les satellites conduit des opérateurs de plus en plus nombreux à proposer des programmes dont le financement traditionnel (par les redevances ou la publicité), est devenu insuffisant et doit être complété par des moyens de financement direct par les usagers sous la forme d'abonnements ou de paiement à ја consommation. Cette approche commerciale est par ailleurs confortée par l'évolution. des modes d'achat de l'usager vers un mode de consommation “à ја demande”.
La mise en service de ces nouveaux supports de diffusion s'est concrélisée par le lancement de satellites de diffusion directe dès fin 1988 et la progression constante du nombre de prises câblées jusque chez les abonnés s'accroît tant en France que dans јез autres pays européens (Allemagne, Всірідис...). Sur l'ensemble de ces réseaux. opérateurs de services (et, derrière eux, les industriels) sont très motivés pour fournir un service de TV payante.
Cette convergence dans le besoin exprimé a conduit FRANCE TELECOM, ct au travers de ses laboratoires, le ССЕТТ, à définir un système d'accès conditionnel qui permetie de couvrir les besoins еп matière де TV payante de façon unique. Cette unicité de définition est en effet indispensable si l'on veut mettre en commun un certain nombre d'équipements d'investissement lourd (tels que les centres de gestion des usagers) et présenter à l'usager un accès technique relativement uniformisé. Cette gageure devait être tenue malgré ја diversité des réseaux, des types de signaux transportés et des techniques d'embrouillage utilisées.
Les résultats de cette étude menée au CCETT sont rassemblés dans le système d'accès conditionnel EUROCRYPT dont une première réalisation utilise la carte à mémoire PC2.
nditionn
Les techniques de ТУ payante reposent sur deux mécanismes indépendants : d'un coté, l'embrouillage de l'image et du son et de Pautre Ја gestion de droits d'accès commerciaux qui doivent être traduits sous forme de messages sécurisés vers les terminaux. Dans le cadre de l'étude Eurocrypt nous ne nous sommes intéressés qu'au second aspect de la technique. H suffit, en effet, pour adapter le système Eurocrypt aux techniques d'embrouillage de Connaître les caractéristiques des signaux transmis, de synchronisation et d'identification sur les différentes chaînes. L'interface entre "embrouillage" ct "accès conditionnel” se matérialise par un mot de contrôle qui permet de Synchroniser et d'initialiser de ја même façon l'embrouillcur du transmetteur et les désembrouilleurs des récepteurs autorisés.
- 126 -
Les messages d'accès conditionnel sont de deux types - les messages de contrôle des titres d'accès qui sont associés, en temps récl, à la transmission du programme. Ils transmettent une forme chiffrée des mots de contrôle. Ils incluent également les critères d'accès au
programme : numéro de l'émission, coût de l'émission, niveau du programme... ; ces critères sont appelés paramètres d'accès. Ces données sont
transmises au processeur de sécurité (présent dans une carte à mémoire). Celui-ci délivre, en retour. le mot de contrôle au désembrouilleur, à la condition qu'un des droits d'accès de l'usager mémorisés dans le processeur couvre les paramètres nécessaires à l'accès du programme. Les mots de contrôle sont renouvelés toutes les 10 secondes environ (dissuadant ainsi une commercialisation frauduleuse de ces dernicrs). Les messages de contrôle des titres d'accès transmettent la forme chiffrée du mot de contrôle courant et du suivant de façon à permettre l'anticipation du calcul par le processeur de sécurité. - les messages de gestion des titres d'accès qui transmettent les nouveaux droits aux terminaux des usagers (renouvellement d'abonnement, numéros des programmes,...). Les droits ainsi émis sont mémorisés dans le(s) processeur(s) de sécurité concernés par l'autorisation. Sous ce type de messages sont également compris les messages nécessaires à ја remontée des consommations. La carte à mémoire vérifie, avant de communiquer 165 données relatives au relevé de consommation. qu'elle a l'opérateur autorisé en face d'elle, ceci en effectuant une authentification de l'opérateur de service. En fin de relevé, l'opérateur inscrit de façon sécurisée une butée dans la carte de façon à marquer la fin du relevé. Ces messages peuvent être transmis de façon différée à l'usager et sur un réseau différent de celui supportant la transmission du programme.
Les deux types de messages. contróle ou gestion, sont sécurisés contre toute modification de leur contenu.
2. Modes de commercialisation des services de TY payante
Les modes de commercialisation sont de deux types différents
- abonnement par théme, niveau ou classe : ce mode permet de vendre aux usagers un programme pour une période donnée en diversifiant l'offre par thème (sports, musique...) ou par niveau (du plus basique (par exemple, film en rediffusion) au plus complet (film en rediffusion et en exclusivité). - paiement à la séance : ce mode permet à l'opérateur de vendre son programme à l'évènement. L'usager peut acheter son titre à l'avance : il appcile alors le centre de gestion et reçoit en retour son droit : c'est l'achat anticipé. L'achat peut également être "impulsif" auquel cas l'usager реш acheter l'émission sur décision locale moyennant le débit dans sa carte d'une zone de crédit pour le prix correspondant à l'émission. Dans ce dernier cas. l'usager peut acheter l'émission au forfait ou à la durée.
L'achat impulsif pose un probléme particulier lié au choix local des émissions par l'usager. En effet, le centre de gestion ne connait plus les choix effectués par les usagers contrairement aux autres modes de commercialisation ; il n'a donc pas les éléments nécessaires à l'audimétrie des programmes et au paiement des ayant-droits. Pour assurer cette remontée des consommations, il faut prévoir une voie de retour vers le centre de gestion. Les terminaux fonctionnant en achat impulsif sont ainsi munis d'un modem connecté sur le réseau téléphonique. Cette fonction permet également de faire une facturation a posteriori des usagers en fonction des émissions regardées (facturation détaillée).
Un même programme ou évènement peut être accessible suivant un ou plusieurs des modes de commercialisation décrits ci-desssus et ceci sur choix
de l'opérateur. H suffit alors de reporter les paramètres idoines dans les messages de contrôle des titres d'accès.
En plus des modes de commercialisation à proprement parler, le système offre des fonctions complémentaires telles - Voccultation de zones géographiques : cette fonction n'est nécessaire que sur les réseaux satellites (à très large couverture géographique) et permet d'occulter un ou plusicurs pays pour un programme dont les droits de commercialisation n'auraient pas été acquis par l'opérateur. - l'envoi de messages personnalisés a Jattention d'usagers ou de groupes d'usagers. - la pré-sélection de programmes par l'usager : cette fonction permet а l'usager de pré-valider des émissions qui seront diffusées en son absence (par exemple des émissions à achat impulsif). Cette fonction est particulièrement utile pour permettre l'enregistrement de programmes désembrouillés sur magnétoscopes en l'absence de l'usager. - un contrôle local de l'usager qui lui permet de verrouiller l'usage de sa сапс et de conditionner son utilisation à la présentation d'un code parental. Ce verrouillage peut s'appliquer à la validation lors de l'achat impulsif ou à la pré-sélection de programmes.
3. Organisation du système
Le système Eurocrypt а élé conçu pour permettre, avec le minimum de contraintes de coopération pour les opérateurs de service, un partage du système, voire de la ressource carte à mémoire.
Ceci est possible par la hiérarchisation des fonctions de gestion des cartes à mémoire. L'initialisation et la mise en service des caries est réalisée par l'autorité émettrice qui est garante de ја sécurité du système. Cette autorité est responsable de l'ouverture ou de la fermeture de zones de service allouées aux opérateurs de service. Une fois la zone de service ouverte, chaque opérateur de service gère de façon indépendante et autonome 1а ressource qui lui est affectée. Le système est conçu de telle sorte qu'aucune interaction n'est possible entre opérateurs de service, ceci par la définition
de secrets propres à chacun.
La mise en place du service auprès des usagers suppose la fourniture de terminaux et de cartes. Les terminaux peuvent être achetés par l'usager sur le marché libre ou loués par des opérateurs de service eux-mêmes propriétaires des équipements. Les cartes sont achetées par les opérateurs de Service qui les distribuent aux usagers ; les cartes restent la propriété, in fine, des opératcurs de service.
ЕТЕ ЕТ
Cette sécurité est réalisée à deux niveaux
-la mise en oeuvre d'un processeur de sécurité performant : la carte a mémoire PC2 qui contient les clés secrètes des services (clés d'exploitation et de gestion) ainsi que les droits d'accès acquis par le télespectateur. Outre les aspects liés à Ја sécurité, l'utilisation d'une сапе à mémoire présente l'avantage que les désembrouilleurs, qui constituent l'investissement lourd du Système, peuvent étre banalisés et, le moment venu, être intégrés dans le téléviseur.
-une redondance sur les messages d'accès conditionnel, appelée signature du message, qui garantit l'intégrité de ces messages.
- 127 ~
- 128 -
5, Adressage sur antenne
Une des caractéristiques du système EUROCRYPT est de permettre l'envoi des messages de gestion par le réseau de diffusion du programme. Ceci implique que les messages de gestion utilisent une partie de 1а ressource de données disponibles sur le signal. Cette fonction n'est concevable, au regard des audiences concernées (plusieurs millions de télespectateurs) que si le système offre une facilité de regroupement des usagers qui permette de s'adresser à l'ensemble de l'audience sur un temps de cycle très court. Cette facilité offerte par le système Eurocrypt permet de réduire le temps de cycle nécessaire à l'adressage de 1 million d'usagers de 1 heure (dans le cas d'adressage individuel) à 10 secondes (dans le cas d'adressage groupé). La technique utilisée est de regrouper les usagers par entités de 256 et d'émettre les droits communs aux usagers par adressage groupé. Les groupes peuvent être reconfigurés quand leur homogénéité (donc leur efficacité) décroît.
6, Evolutivité du système
Les messages d'accès conditionnel sont en "format libre" pour permettre une évolution des fonctionnalités et des algorithmes de sécurité du système. Il est ainsi possible d'introduire ultérieurement de nouveaux paramètres correspondant à de nouvelles fonctionnalités tout en garantissant une compatibilité ascendante du système et en garantissant le maintien de la sécurité. Il est également possible de changer d'algorithme ou la longueur des clés secrètes sans modifier les désembrouilleurs ; le processeur de sécurité étant détachable, il suffit en effet de changer les cartes à mémoire dans ce cas.
1. VISIOPASS 21 ТОШТЕ Liti L offert FRANCE TELECOM
FRANCE TELECOM a passé commande aux industriels des différents équipements entrant dans la chaîne d'accès conditionnel du système EUROCRYPT :
- des codeurs D2-MAC/PAQUET à accès conditionnel pour têtes de réseaux cablés ou points d'émission satellite : MATRA COMMUNICATION,
-des récepteurs : 750 000 équipements commandés à RPIC pour une réception câble et satellite,
-un centre de gestion des usagers et des cartes : une première version à SEMA GROUP et la version finale à TELESYSTEMES,
-les cartes à mémoire PC2 : BULL СР8.
La validation technique de l'ensemble du système est prévue pour juin 1990 permettant ensuite l'ouverture commerciale du service VISIOPASS.
2.
CONCLUSION
Les choix qui ont participé à la définition et à l'implémentation du système EUROCRYPT permettent une simplification de ја gestion des usagers et permettent aussi un partage de ressources communes entre opérateurs. Ce système est applicable à 1а fois sur les réseaux satellites et les réseaux câblés, accroissant ainsi son marché potentiel. Aujourd'hui, le système EUROCRYPT a été choisi par le CSA en France pour les services de TV payante sur TDFI/TDF2, par FRANCE TELECOM pour les services de TV payante sur ses réseaux câblés et, en Scandinavie, par SCANSAT pour la commercialisation de ses programmes sur ASTRA.
- 129 –
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CONTRIBUTION À L'HISTORIQUE DU DÉVELOPPEMENT DES TECHNIQUES, NORMES ET TECHNOLOGIES DU SERVICES DE TELEVISION À ACCÈS CONDITIONNEL EN VUE DE LEUR MISE EN ŒUVRE
DANS LE SYSTÈME MAC PAQUET
Yves GUINET
La Radiotechnique Portenseigne 31 rue Carnot
BP 301
92156 SURESNES Cedex FRANCE
Tel: +33 (1) 47 28 51 00
RÉSUMÉ
L'auteur examine l'introduction et le développement des fonctions télématiques, telle notam- ment celle de l'accès conditionnel, dans l'architecture du système audiovisuel domestique. Il analyse les modifications du comportement qu'elles induisent, tant au niveau du fournisseur de services audiovisuels, qu'à celui de l'usager de ces services.
- 132 -
2...
2 2
CONTRIBUTION А L'HISTORIQUE DU DEVELOPPEMENT DES TECHNIQUES, NORMES ET TECHNOLOGIES DU SERVICE DE TELEVISION A ACCES CONOITIONNEL.
EN VUE DE LEUR MISE EN OEUVRE DANS LE SYSTEME MAC PAQUET.
par Yves GUINET
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE
Les travaux et recherches de base menés en France, de 1875 à 1982.
DEUXIEME PARTIE
La spécification et le développement de la fonction “accès conditionnel” du systéme Mac Paquet (1983 - 1980)
A. La premiere phase de normalisation et de developpement : le rôle de l'UER durant la période 1982 / 1984 - le contexte francais 1. le contexte de la création du groupe d experts V/CA ; 2. les travaux du groupe d'experts V/CA en 83/84.
В. le gel des travaux normatifs durant la période 84/87.
C. La seconde phase de normalisationn et de développement durant la pé-
riode 87/90 - Mac Eurocrypt et Mac Eurocypher.
CONCLUSIONS
CONTRIBUTION А L'HISTORIQUE DU DEVELOPPEMENT DES TECHNIQUES, NORMES ET TECHNOLOGIES DU SERVICE DE TELEVISION А ACCES CONDITIONNEL.
EN VUE DE LEUR MISE EN OEUVRE DANS LE SYSTEME MAC PAQUET.
par Yves GUINET
Dans cet exposé, on retrace un historique des travaux de recherche, de développement et de normalisation des techniques et technologies de l'ac-
cès conditionnel en radiodiffusion tels que nous les avons vécus еп Fran- ce.
L'auteur souhaite montrer, sur la base d'exemples vécus, les contraintes auxquelles se trouve soumis le développement des nouvelles technologies de média audiovisuel.
Pour normaliser ces nouveaux systèmes, 11 faut d'abord acquérir des con- naissances fondamentales sur une base partagée et suffisamment répartie. Puis 11 faut susciter une convergence des plans d'affaires des divers ac- teurs économiques concernés. Cette convergence des plans d'affaires n'est elle même que la manifestation d'un certain état favorable ди milieu au
sein duquel se développe la technologie de media et agissent les acteurs.
11 faut que ce milieu comprenne les potentialités nouvelles de ces tech- nologies, qui ne s expriment initialement qu'au travers d'un discours gé- néralement hermétique.
La manifestation flagrante de ces potentialités n'apparait ай milieu que
par la réalisation de systèmes operables suffisamment représentatifs.
L'accès conditionnel, qui constitue un perfectionnement de la session de communication audiovisuelle, est moins immédiatement compréhensible par le milieu que le perfectionnement de la presentation audiovisuelle (par exemple le nouveau format de 1 écran ou la haute définition de l'image}. Il concerne, en effet, les comportements humains et sociaux de communica- tion.
La représentation imaginaire de ces comportements futurs est difficile, voire impossible іп abstracto, pour celui qui n'y accède pas par une in-
duction intérieure à sa propre culture scientifique et technique
Н
- 136 -
En outre, l'introduction de ces comportements nouveaux dans le milieu
impose une modification du cadre juridique qui codifiait les comporte- ments antérieurs. Elle appelle donc, par nature, une certaine interven. tion d'un pouvoir en charge d'organiser la communication dans la cité.
Enfin, dans le domaine technique, l'accés conditionnel met en oeuvre lu sciences et technologies nouvelles de la télématique. Il suppose donc ш élargissement notoire de la culture technique traditionnelle de ceux qui dans les divers secteurs de l'économie audiovisuelle, réseaux, service: industries de produits finis ou semi finis, gèrent le développement де; technologie de média audiovisuel.
Cette propagation des concepts nouveaux dans le milieu peut se heurteri des résistances fortes, pour des raisons multiples, ou bien, au contrar re, trouvant un terrain favorable, le pénétrer rapidement.
On distinguera deux parties dans cet exposé
* celle des travaux et recherches de base qui furent menés de 1974 à 1982,
et celle des activités de développement de la normalisation destinés : spécifier et à réaliser le nouveau média satellitaire audiovisuel, et qui durérent de 1983 à 1990.
Dans un si long processus, le nombre des acteurs ayant contribué d'une manière importante, voire déterminante, est évidemment considérable. C'est pourquoi cet exposé ne doit étre considéré que comme une simple contribution refletant un vécu particulier, et qu'il faudrait compléter par beaucoup d'autres.
L'auteur s'est livré à l'exercice dans le but principal d exposer pour- quoi et comment le milieu socio-économique interagit avec le process d'innovation et de gestion de la technologie de média.
PREMIERE PARTIE
n. LES TRAVAUX ET RECHERCHES DE BASE MENES EN FRANCE DE 1975 A 1982 le:
üt 1. Les travaux de recherche et développement menés en France sur les
qu: techniques et technologies de l'accès conditionnel au média audiovi-
es. suel trouvent leur point de départ dans la création du CCETT, en 1972,
е} du fait du rapprochement des cultures audiovisuelles et des cultures
télé-informatiques que се rapprochement induit (је rapport МОКА - MINC n'a pas encore promu le concept de "télématique'"). =
ai Les nouveaux programmes de recherche mis en place au CCETT, en 1973/74 comportent par exemple * le système Didon de diffusion de données par paquets dans un canal de télevision, * le système de videographie Antiope, * le système de télémessagerie Epéos, n * le systeme de télévision à accés conditionel Discret.
Des articles, publiés dans le numéro 40 de la Revue de Radiodiffusion Télévision, dés 1975 décrivent leur nature et leur contexte socio-éco- nomique d'alors (Ref. 1).
le Le système Discret trouvera d'abord quelques applications profession- nelles (émissions médicales, émissions éducatives] mais son prolonge- ment principal interviendra en 1982 avec la mise en place du service er de Canal Plus en VHF. Une technique d'embrouillage de l'image, expérimentée avec Discret, sera retenue. ir- Le systeme de gestion де l'accès retiendra une technique simple, à se- cret enterré (les technologies de type Didan / carte а mémoire ne sont
pas encore suffisamment matures pour être utilisées).
En fait, les travaux initiaux de R&D, relatifs а la gestion de l'ac- cès, seront surtout portés par le service télématique de vidéographie diffusée et les services de diffusion de données à accès condition-
nel. On observera une situation comparable au Royaume Uni.
2. C'est dans le courant de 1978 que le Directeur Général de TOF (Моп- sieur REMY), et son Directeur Technique (Monsieur BUFFARD), stimulent activement la reflexion prospective des Centres de recherche de TOF sur les systèmes de radio-diffusion à condition d'acces, l'organisa-
tion et la gestion de la messagerie d'accés.
- 137 -
uz GENII T ——————— "M ——— РЕР
- 138 -
C'est dés cette époque que se dégage l'importance fondamentale techni. que, mais surtout économique et juridique, du concept de système à s. cret détachable.
Deux programmes de recherche et développement sont mis en place par TOF * l'un (confié à 6. BERNEDE et 3. GREGEOIS), aux Laboratoires d'Issy les Moulineaux, développe un système utilisant la carte à pistes m gnétiques et le secret enterré. Ses résultats sont décrits dans l'étude 5312A de mars 1980 (Ref. 2) * l'autre (confié à L. GUILLOU), aux Laboratoires du CCETT, développ un système utilisant la carte à micro-processeur. " Un premier marche d'études pour cette application de la "carte à mé- moire" est passé à CII HB, à la fin de 1979. Quoique l'application d'affaires immédiatement visée soit, comme déjà indiqué, le service& vidéographie diffusée (Didon / Antiope) à péage, le rapport de présentation à la Commission des marchés précise bien "que les | principes et technologies ... peuvent étre étendus à tout système de: radiodiffusion comportant une voie numérique de signalisation”.
Ce sont les travaux menés dans le cadre de ces deux programmes de Ri. qui permettront de dégager progressivement les principes fondamentau et l'architecture des systèmes. |
La Direction des Etudes et Recherches де TDF édite, le 6 Octobre 138 le document intitulé "Аддепдит а 1а Spécification Didon - Antiope рай le contrôle d'acces" (LAR/CAS/100/82/LG). Il а été préparé par Louis GUILLOU et est représentatif de l'état de l'art à cette époque
(Ref. 3)
"La messagerie d'accès et les données chiffrées sont reçues par le terminal. La messagerie d'accés les délivre à un "porte clé" détache ble du terminal où elle est traitée pour fournir au terminal “la со“ binaison d'accès”.
La messagerie d'accés est constituée d'instructions de validation се prenant
* un identificateur d'audience qui en définit les destinataires,
* un paramètre de validation qui définit les conditions à satisfairé pour utiliser l'instruction,
un message de validation qui est un cryptogramme de la combinaison d'accés.
char Le porte clé contient des "autorisations", chaque autorisation étant із constituee
+ d'un identificateur d'autorisation,
ж d'un paramètre d'autorisation,
ar + d'une clé d'autorisation qui paramètre l'algorithme cryptographique.
ssy Pour donner l'accès, le porte clé vérifie :
$ me * que l'intersection des identificateurs d'audience reçus et des iden- tificateurs d'autorisation résidents n'est pas vide,
oH Ж et que les paramètres de validation reçus sont conformes aux paramé-
ор» tres d'autorisation résidents (date, сойіѕ).
L'utilisation du porte clé peut étre conditionnée par la fourniture
тё- d'un mot de passe de calcul. n A partir du message de validation et de la clé paramétrée, le porte сей clé calcule la combinaison d'accès qu'il délivre au terminal.
La spécification comporte, en annexe, le document ISO/TC 87/5С 19/ GT | de 4 "Proposition du Comité Membre Francais - Cartes à microcircuits à contacts - 2ème partie - Protocoles d'échanges" Octobre 1982.
o RM аш Еп 1982, l'Administration française proposera au Comité Consultatif International des Radiocommunications (CCIR - Commision d'étude XI) une nouvelle question 37/11 sur les Systèmes de radiodiffusion (Télé- 198 vision) à accés conditionnel (qui sera prolongée par une proposition à por! de programme d'étude en 1988) (Ref. 4). Jus Les experts du CCIR sont initialement trés hésitants et partagés pour soutenir cette proposition. S'agit-il bien de radiodiffusion ? te rena: La définition de la catégorie juridique du service de Radiodiffusion com dans le Règlement des Radiocommunications est la suivante "Service dont les émissions sont destinées à être reçues directement par le public en général : "les émissions d'un service de télévision à уси accès conditionnel sont elles destinées à être reçues directement раг le public en général 2” ire Les Administrations hésitent. La conférence des plénipotentiaires де l'UIT (Nairobi 1982) tranchera gor en décidant que les aspects techniques doivent faire l'objet d'études
au CCIR.
Cette question 37/11 est donc inscrite depuis lors à la Commission d'Etudes XI chargée des questions techniques du service de radiodiffu- sion (télévision).
- 139 -
|
-140-
DEUXIEME PARTIE
LA SPECIFICATION ET LE DEVELOPPEMENT DE LA FONCTION “ACCES CONDITIONNEL” DU SYSTEME MAC PAQUET - 1983 / 1990
La spécification, puis le développement, de la composante “accés condi-
tionnel” du système Mac Paquet auront été particulièrement longs et dif- ficiles.
115 ont nécessité une persévérance assidue (pour пе pas écrire une obsti- nation têtue ! } de la part des experts européens et francais, pour at-
teindre les niveaux technique, technologique et opérationnel (1990) des
produits et systèmes actuels.
115 ont débouché, en France sur le système D2 Мас Eurocrypt, et
, ай Royaume Uni, sur le système D Mac Eurocypher.
Dans cet exposé, on considérera surtout la situation vue de France, et donc le cheminement qui а conduit au système 02 Мас Eurocrypt.
Néammoins, comme on le montrera, ces deux cheminements eurent une genèse commune, durant la période 83/84 de normalisation du système С Mac
Paquet, et sur laquelle on développera quelques rappels historiques.
Vu de France, on peut identifier deux grandes phases dans ce processus :
La premiére phase va de 1983 a 1987
Elle est caractérisée par une ferme opposition des pouvoirs publics fran
cals au concept d'une télévision satellitaire à péage selon la norme MAC
* D'abord, de 1983 à 1985, du fait de leur opposition à la norme Мас el- le-meme, opposition qui se mue progressivement en soutien, à partir de l'accord THOMSON / PHILIPS de 1984, pour déboucher sur l'accord frante allemand Mexandeau / Schwarz-Schilling de 1985, relatif à l'usage dui Mac Paquet sur les satellites TV Sat - TOF ;
* mais egalement, de 1985 à 1987, du fait du maintien de l'opposition à
concept de télévision satellitaire à péage.
La seconde phase va de 1987 a 1990
Elle est caractérisée par un changement progressif de cette ferme opposi tion en un ferme soutien, avec, en conclusion, la publication en France de l'arrété Eurocrypt du 28 Février 1990.
~
e
A . LA PREMIERE PHASE DE NORMALISATION ET DE DEVELOPPEMENT
Le róle de l'UER durant la période 1983 / 1984 - Le contexte en France
Le travail normatif conduisant aux parties aujourd'hui communes aux sys- témes D Mac Eurocypher et 02 Mac Eurocrypt fut mené, de 1983 а 1985, dans le cadre de la Commission Technique де L'UER, et implanté, en 1984, dans la spécification du système C Mac Paquet.
Il concerne l'architecture générale du système, la spécification de l'em- brouillage et du désembrouillage des messages/signaux audiovisuels, la génération et la synchronisation des séquences pseudoaléatoires d'em- brouillage à partir des mots de contróle.
Il concerne également l'organisation de la gestion des titres d'accès et
la distinction des deux fonctions de communication distinctes que sont
+ le contrôle de la validité des titres en usage (ECM),
ж l'actualisation des titres existants ou l'introduction de nouveaux ti- tres dans le public (EMM).
Nous y reviendront plus en détail par la suite.
Mais, еп 1984, ce processus normatif se trouva de facto gele. Мі en France, ni au Royaume Uni, ni а fortiori en Allemagne Fédérale, les conditions n'étaient remplies pour progresser.
! . Le contexte de 1а création du Groupe d'Expert V/CA (début 83)
C'est lors de la réunion du Bureau de la Commission Technique de l'UER de Fevrier 1983 que la decision fut prise de constituer un groupe d'experts pour “l'accès conditionnel aux services de diffusion directe par satellite”.
On lit, dans le compte rendu de cette reunion (Ref. 5)
"Il y a en gros deux points de vue au sein du Bureau. Les uns, majo- ritaires, pensent que tout l embrouillage et ја gestion d acces (dé- cryption)i devraient ètre communs en Europe ... d autres pensent que l'embrouillage devrait étre commun, mais qu'il sera difficile d avoir egalement un systéme commun de gestion de l'accés, et que, de toutes
façons, si tel est le cas, la pénalité de cout sera modeste
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On expliqua qu'il y avait déjà, au Royaume Uni, ип comité qui étu- diait l'accès conditionnel, avec l'espoir de prendre une décision ел Avril 83. Le Membre anglais fut prié d'expliquer (à ce Comité) qu' uw décision prématurée pourrait ruiner la norme commune européenne de 085, et que c'était l'espoir de l'UER d'obtenir une telle norme con. mune..."
І1 fut convenu que TDF proposerait le Rapporteur de ce Groupe.
Ayant manifesté, en France, un certain prosélytisme en faveur de la création d'un tel groupe, et plus généralement en faveur d'un soutie francais à la norme MAC, je suis donc désigné comme premier Rappor- teur du Groupe V/Acces Conditionnel. І1 faut aller vite, dans un cor texte qui, en france, ne peut étre mieux caractérisé que par le cour rier adressé, le 21! Septembre 1982, au Directeur des Affaires Indus- trielles et Internationale de la DGT par le Ministre des PTT, Mon- sieur Louis MEXANDEAU
"Je vous ai confié une mission de coordination des actions indus- trielles conduites par la Direction Générale des Télécommunications et par l'Etablissement public de diffusion.
Le Président de la Republique a annoncé, pendant sa conférence du mois de Juin, le lancement d'un quatrième programme financé par 1 аг tres moyens que la redevance, et le Conseil des Ministres entend, бё puis le 7 Juillet 1982, orienter la politique de l'audiovisuel dans trois direction : les satellites de diffusion directe, les réseaux cables, le quatrième programme. De telles orientations conduisent forcement vers le développement de nouveaux équipements d'usagers qu doivent pouvoir déchiffrer des programmes payants, recevoir plusieur:
sons en différentes langues, et décoder des programmes de videogra- phie diffusée.
Les caractéristiques de diffusion devront être choisies de maniére que ces nouveaux equipements individuels puissent indifféremment re-
cevoir la quatrième chaine, ou des programmes provenant des satell: tes de diffusion directe.
Dans ce but, vous voudrez bien former un groupe de travail paritaire compose de spécialistes de 1 Etablissement public de diffusion
(T.D.F.) et de 1a Direction Générale des Télécommunications, presicé par un représentant de T.0.F. би: sera chargé d'étudier cette ques” tion, et de proposer différentes solutions d'équipements qui, fabric
ques en grande série, devraient se situer à un niveau de coût mover
Bien qu'il apparaisse trés difficile - compte tenu des échéanciers re prévisionnels de ces programmes (је lancement ди satellite pré-opéra- m tionnel TOF 1 est alors prévu en 1985) et de l'état de développement | des normes et de la technologie - de satisfaire aux exigences défi- Me nies par le Ministre en s appuyant sur la norme Mac Paquet en cours de préparation, le Directeur des Etudes et Recherches de T.D.F. con- serve, pendant quelques mois, un certain espoir de "compatibilité technique".
је Cet espoir repose principalement sur deux constats ` * les technologies de 1а videographie diffusée à péage par carte à
on mémoire ont été longuement étudiés (comme nous l'avons ci-dessus}, ur. * il peut exister, au niveau de l'embrouillage du signal video раг с rotation circulaire, опе certaine compatibilité entre le Мас et les
signaux Pal/Secam embrouillés : ces aspects seront longuement déve- loppés dans une note que Messieurs Marie et Arragon, des Laboratoi- res PHILIPS du LEP, adressent à l'Auteur, le 9 Juin 1983, sous le
titre
s “Utilisation du principe de rotation de la ligne actıve pour l'em- brouiJlage des signaux Mac. Application au transcodage Mac/Secam et Mac/Pal."
av Au Royaume Uni, c'est la BBC qui a reçu du Grouvernement la responsa-
de- bilité de gérer ie programme satellitaire. Compte tenu de ce plan
5 d'affaires, la BBC était fermement en faveur de l'utilisation du Pal,
avec une sous porteuse numerique (A Pal), mais la commission Part, constituée par le Gouvernement, s'est prononcée pour le système Mac,
qu: qui а le soutien de l' IBA et de l'Industrie.
ur
- Dans le rapport ВВС RD 60 (Ref. 5), de Janvier 1983, rédigé par S.M. Edwardson (et publié sous l'autorité de Ch. Sandbank] sous le titre "Télévision par abonnement, une proposition de systeme d ensemble
pour le Royaume Uni“, on lit
іг “Ша ВВС prévoit de commencer l'exploitation d'un service de radiodif- fusion par satejlite à deux canaux en 1986. Un canal, décrit comme “La fenètre sur le monde” transportera un signal qui sera normalement
"e transmis. L'autre canal, décrit comme un canal à abonnement, trans- mettra des signaux qui seront normalement embrouiiles, de telle ma-
je niere qu'ils ne puissent étre recus que par ceux qui auront paye un
- droit (“сһагде”) additionnel. Әп tel droit pourrait prendre la forme
е d'un abonnement (mensuel) et il pourrait y avoir un systeme à deux
- 143 -
- 144 -
niveaux, dans lequel un abonnement couvrirait la plupart des program mes, tandis qu'un abonnement additionnel couvrirait, par exemple, un petit nombre de programmes spéciaux, ou "premium programmes", durant le mois.
Le "paiement par programme" n'est pas envisage, quoiqu'il serait pos.
sible avec deux des options qui sont décrites
Le systeme décrit comporte une carte éléctronique d abonnement que l'utilisateur insert dans son terminal, et un numéro personnel d'identification (PIN) qu'il recoit par voie postale et introduit au clavier dans le terminal.
Le document commente les propositions américaines d adressage par
l'antenne, et conclue négativement.
Il examine également les questions de coüt du récepteur
"On estime que la vie de Ja carte d'abonnement sera longue, probable ment plusieurs annees. Une carte commerciale, produite par PHILIPS, est adaptée et déjà disponible. Son cout estimé est de 10 £ l'unité, en petite quantité, réduisible à 1 f l'unité en grande quantité
I] est difficile d'estimer le coût possible des circuits de désem- brouillage tant que les normes DBS n'auront pas été finalement arré- tées ... Cependant, si le traitement numérique du signal video est utilisé dans les récepteurs de télévision domestiques, le coüt sup- plémentaire du désembrouillage peut étre relativement faible, si le traitement du désemhrouillage est associé à celui du décodage. Par exemple, les traitement de désembrouillage peuvent étre relativement communs avec ceux de ré-arrangement et de décompression d'un décodeu Mac numérique. Si des composants CCD sont utilisés pour le décodage des signaux Mac, 11 est difficile de voir comment les mêmes CCD pour
raient être utilisés pour le désembrouillage, et il en résultera des coüts additionnels".
Le Bureau de la Commission Technique, le 10 Février 1983 (Ref. 5), 3 élaboré une proposition de compromis concernant la norme satellite
qu'il fait connaitre sous la forme d'une déclaration (extrait)
"Le Bureau de la Commission Technique, se basant sur les resultats des études des sous-groupes compétents du Groupe de Travail V, et sous réserve qu'une solution satisfaisante soit apportée aux problé- mes mentionnés plus loin aux points (a) à (hl, recommande à la Com-
mission Technique d'adopter une norme de diffusion directe par sates
lite, se fondant sur les éléments suivants
t système video à codage par composantes avec compression dans le temps,
* système audio à modulation de type C, avec multiplexage par pa- quets, offrant une capacité d'au plus huit voies audio comprimées de haute qualité,
offrant une possibilité de contrôle d'accès.
Ce compromis, selon le Bureau, ne serait acceptable que s'il en ré-
sulte un seul systéme de diffusion directe par satellite utilisé au
sein de l'UER. Les représentants de TOF et de l'ARD/ZDF ont fait sa- voir que leur acceptagion dépend des progrés qui seront réalisés
d'ici а la réunion de la Commission Technique (19 Avril 1983)."
Une réunion exceptionnelle est prévue les 8 & 9 Mars 1983, à Munich (IRT) pour tenter de donner un contenu technique concret à la propo- sition de compromis élaborée par le Bureau de la Commission Technique de l'UER.
Le tout nouveau President de TOF fait connaitre aux experts de 1'Eta- blissement Public (MM. Keller, Mathieu, Noirel, Pommier & Guinet} qu'il considére leur participation à cette réunion comme inopportu- ne. Mais, aprés diverses interventions auprés de la Haute Autorité de la Communication Audiovisuelle, l'interdiction d'y participer sera cependant rapportée.
C'est au cours de cette réunion que les questions techniques princi- pales, qui bloquaient un accord sur une utilisation du multiplexage par paquet (proposé par les experts francais) et qui concernait le transport des messages audio-numériques, seront résolues grâce à une proposition de Monsieur Hessenmuller {DBP}.
Dans mon rapport de mission (Ref. 7}, j écris notamment
"Le Groupe V-Ad hoc, chargé de traiter les questions “accés conditionnel aux services satellite", a tenu une reunion préliminaire, en formation réduite (Rapporteurs des sous-groupes de V) (Rapporteur Y. Guinet).
Une lettre а l'attention des Directeurs techniques des Membres а өте rédigée. Elle comporte un projet de mandat, une demande de désigna- tion d'experts (pour les Membres qui sont en mesure de contribuer ac- tivement}, et un questionnaire dont la réponse est demandée pour le ler Avril 1983.
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Ce questionnaire vise principalement à préparer, au plus vite, con- formément à la demande du Bureau, l'établissement d'une norme unifià pour l'embrouillage et le débrouillage des signaux MAC.
11 vise egalement à collecter l'opinion des Membres sur les fonction et l'organisation des systèmes d'accès (ex. carte à mémoire] du poin de vue de leurs incidences économiques et juridiques.
La prochaine réunion est prévue les 7 & 8 Avril. Je souhaiterais qu'elle puisse avoir lieu en France (démonstration du systeme Dis- cret).
Une question, qui merite mérite toute l'attention de TDF, est celle de la compatibilité entre un “péage satellite” et le “péage 4ème chaine SECAM”.
Si cette compatibilité pouvait être assurée, au plan fonctionnel com
me au plan technologique, il en résulterait des avantages considéra- bles au niveau national.
La norme C - Mac - Paquet, et ie systeme DIDON - DISCRET - Carte à mémolre, semblent permettre cette compatibilité. Celà devrait étre vérifié au plus tót au niveau des laboratoires afin qu'il puisse en étre tenu compte dans le cadre du dépouillement de l'appel d offre DIELI en cours."
(Dans une longue note adressée au Directeur Général de TDF (Ref. 8], le 30 Mars 1983, cette position est argumentée et le Directeur des Etudes et Recherches exprime le voeux de pouvoir l'exposer au Groupe qui a été constitué pour depouiller l'appel d'offres 4ème chaine, 6! qui est préside par Monsieur CAYET de TDF).
La réunion de la Commission Technique de 1'ЏЕВ du 18 au 22 Avril BE sera particulièrement difficile. Le document UER Com T 488 de mai 8:
en retrace le déroulement, et la position que prennent les différent Organismes européens.
|
Les travaux du groupe d'expert V/CA en 1983 - 1984
Nous nous limiterons ісі à une bréve description des travaux du Grou- ре d'expert V/CA qui se réunit à Paris (7 & 8 Avril 83), Kingswood Warren (17 & 18 Aout 83) (Ref. 9}, Liege (14, 15, 21 & 22 Novembre 83) (Ref. 10) et Bruxelles (17, 18 & 19 Janvier 84) (Ref. 11), rece- vant, durant cette période, de l'ordre de quatre vingt dix contribu- tions techniques. Les Experts suivants participent aux travaux (comme Membre ou comme Rapporteur d'un groupe, engage dans une autre partie de la spécifica- tion du système Mac Paquet) * IBA В. Sewter (Vt - EVSS] - T. Long - A. Mason - Lothian - Col- lins * BBC P. Rainger (V) - Ch. Sandbank (V! - НОТУ) ~ S. Edwardson - A. Oliphant - R. Ely - N.J. Knee * CCETT L. Guillou - M. Mathieu - Y. Noirel (V2) - Dehery - Lambert * RTVE J.A. Tartajo (УЗ) * SR A. Nyberg (V4) - K. Engstroem (V4) * RAI Cominetti (V2) * RTBF Bodson * UER 0. Wood (Secrétaire) - H. Mertens Les résultats de cette activité seront introduits en Février B4, par H. Mertens (Directeur Technique Adjoint de l'UER, et véritable Coor- donnateur européen), dans la 5ème edition du document SPB 284 (Ref. 12), spécifiant le systéme C Mac Paquet "dans le cas de l'usage géné- ralisé des émissions embrouillées, y compris pour l'accès libre”, mais également dans un document SP8 316 qui sera adressé à la Commis- sion juridique de 1 СЕР.
Les Figures 1 à 5 en résument le contenu technique.
Un premier progres est fait à Paris, en Avril 83, avec la redaction d'un document de synthèse (Ref. 13).
Les progres les plus importants seront réalisés lors de la réunion de Liége. Dans mon rapport de mission, j écris, le 30 Novembre 83 (Ref. 14}
"On a adopté, de façon définitive, la spécification de la forme d'on- de du signal Mac embrouillé ... la spécification de principe d'un au- tomate d embrouillage (et de sa synchronisation} ... et l'on a cons- titué deux sous groupes d experts (М. Edwardson 1886) et M. Long (ІВА) } pour finaliser la spécification.
Mais с езі dans le domaine de la structure et de la terminologie pour le contrôle et la gestion des titres d'acces que les progrés ont été les plus importants. La BBC, l'IBA et le CCETT ont proposé, au cours des mois écoulés, des systèmes apparemment différents. L'objectif poursuivi était d'identifier, au delà des apparences, се qu ils а- vaient de structurellement identique, de le dénommer et де је defi- nir.
- 147 -
Cet objectif a été atteint, ce qui a permis
ғ de définir une structure unifiée,
* de définir le rôle respectif des clés de distribution {associées aux porteurs de titres) et des clés d'autorisation (associées aux catégories de titres utilisables],
* d'identifier la fonction de deux flux de messages destinés au por- teur - les messages de contróle des titres (ECM),
- les messages de gestion des titres (EMM),
* de définir, quelle que soit la nature du titre d'accés, les fonc- tions à remplir au niveau des porteurs de titres
C'était l'essentiel de ce qui pouvait faire l'objet d'un consencus
normatif à ce stade.
En effet, de sérieuses divergences existaient au sein du Groupe pour aller au delà. Sans méme parler de la cryptologie elle-même, matière délicate, 1'ІВА souhaitait utiliser "l'adressage par l'antenne” (Ref. 15) pour la gestion des titres d'accés, ce qui n'était pas, à l'époque, à la portée de la technologie de la carte à mémoire (Ref. 16). Par ailleurs, cette technologie n'était pas suffisamment mature pour obtenir le soutien de nos collègues européens.
Il est utile de rappeler ici que sur proposition du Rapporteur, le Bureau de la Commission Technique de l'UER avait adopté le principe selon lequel toutes les émissions satellitaires, y compris les émis- sions gratuites, devraient être embrouillées. Les arguments avancés conservent aujourd'hui toute leur actualité (Ref. 17) :
ж unicité du comportement technique du système, du point de vue de hl qualité de service offerte au téléspectateur, mais également du point de vue de la compatibilité électromagnétique et des rapports de protection.
* unicité des récepteurs (Consumer Electronics) du marché.
mais, également, meilleure adéquation du systéme aux exigences spé cifiques du média stellitaire (et notamment la possibilité d'occul
tations nationales) pour satisfaire aux exigences économiques (droits de diffusion), ou autres.
L'adoption de ce principe suscita une vive opposition du Directeur de l'IRT (Centre de Recherche de l'ARD / ZDF), le Docteur U. Messer- schmid qui, le ler Décembre 1983, adresse le telex suivant à Carlo
Terzani, Président de la Commission Technique
“Je recommande fortement l'usage de signaux non embrouillés dans le cas de transmissions à accés libre, pour les raisons suivantes
1. Les transmissions à accès libre doivent constituer la part printi
pale du DBS (acceptabilité par le public, libre circulation de l'information],
3
0%
il"
2. Les signaux поп embrouillés peuvent être traités, dans је гесер- teur, aussi bien par des circuits analogiques (CCD) que numéri- ques.
3. Le risque de dégradation de l'image par 1 embrouillage (Line-tilt) ne devrait pas беге étendu, sans nécessité, des transmissions a accés conditionnel aux transmissions à acces lihre.
4. La spécification existante actuelle (С Mac Paquet) peut être main- tenue dans ses parties essentielles. Nous n avons besoin que d'un supplément pour l'accés conditionnel.
5. Les récepteurs capables de ne traiter, seulement, que les signaux non embrouillés sont plus simples et meilleur marché
Au delà des considérants techniques, plus ou moins discutables, on
discerne déjà un comportement des radiodiffuseurs publics allemands
au regard de ces nouvelles technologies de media qui n'a pas signifi- cativement évolué depuis, et dont les fondements juridiques devraient être étudiés.
Un autre résultat du travail du Groupe V/CA aura éte la production d'un document de synthèse des aspects techniques et des implications économiques et juridiques de l'introduction de la fonction d'accés conditionnel dans le système de télévision par satellite (Ref. 18). Pour autant que је m en souvienne, les premières réactions des Juris- tes seront plutôt réservées. Le fondement de cette réserve est le crainte que les Etats n'utilisent ces techniques pour entraver l'exercice des principes de la libre circulation de la pensée et de la libre réception des ondes. 11 est vrai que cette question fonda- mentale se pose, et que l utilisation de moyens de cryptologie impose aux Etats, dans ce domaine, comme dans d autres domaines des telécom- munications, la nécessité de mesures nouvelles réglemantant la pro- duction et la commercialisation de moyens de cryptologie.
On ne peut pas exclure, dans le contexte politique de l'état de 1 Eu- rope de 1 époque, que de telles considérations soient de celles qui aient influence, et continuent d'influencer, la prise de position des radiodiffuseurs allemands.
Rappelons, par exemple, que le 10 Décembre 1982, à la fO0eme Assem- blée pleiniere, l Assembie Générale des Nations Unies a adopté une Résolution relative aux ‘principes gouvernant l'usage par les Etats des satellites artificiels de la terre, pour la radiodiffusion direc- te internationale de television”. Cette Resolution prévoit que ces activités doivent être menées d'une manière compatible avec les droits souverains des Etats, y Compris le principe de non interven- tion. En Europe, les Pays de l'Est (y compris la RDA) l'ont vote, tandis que la plupart des Pays d'Europe de l'Ouest s'y sont opposes ; la France, l'Autriche, la Finlande, la Grece, l'Irlande, la Suede et le Portugal se sont abstenus.
~ 149 -
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9-2 222
2.
B . LE GEL DES TRAVAUX NORMATIFS DURANT LA PERIODE 84 / 87
е
Cette activité de normalisation де l'UER est, à court terme, en sérieu |
conflit avec le plan d'affaires satellitaires de l'Etablissement Public de Diffusion.
A l'approche de la réunion de la Commission Technique de l'UER (Vatican. Avril 84), le Président de TOF recompose donc sa délégation. 11 demande au Directeur du Centre Technique de l'UER de mettre fin aux fonctions di Rapporteur du Groupe V/CA (et du Groupe V! - Codage numérique de l'im- ge). Dans la lettre de démission que celui-ci lui adresse, 1е 7 Avril &, il écrit notamment
" En tant que Rapporteur du Groupe Ad hoc du Groupe У "Accès conditionne aux satellites de radiodiffusion”, j'ai oeuvré pour que soit prise en compte cette fonctionnalité essentielle du service et pour que soient m nés les travaux techniques préliminaires nécessaires dans le contexte er: ropéen.
Cette action difficile n'est pas aujourd'hui achevée, mais une meilleur compréhension du prablème existe, à la suite des travaux qui ont pu être réalisés au cours de l'année écoulée. Ils devront être poursuivis dans i contexte nouVeau créé par l'accord THOMSON PHILIPS.
Nombre de ceux qui étudient les conditions économiques du développement des services de diffusion directe dans le contexte européen considèrent que le financement publicitaire ne permettra pas, durant la première ре riode de croissance du moins, d'assurer leur viabilité économique.
Cette question n'a pas, à ma connaissance, trouvé à ce jour une réponse claire. Je regrette que ces aspects économiques essentiels ne soient pai considérés avec tout le sérieux qu'ils méritent.
Une indication trés significative est cependant donnée, par l'intéret qu les professionnels britanniques portent au mode de financement par pés- ge. Et nous avons, en France, Canal Plus.
Je ne doute pas que cette question influencera la suite du débat." De son coté, la Haute Autorité de la Communication Audiovisuelle, en
charge des affaires de l'UER, exprime son ferme soutien à l'élaboration d'une norme européenne unique pour la télévision satellitaire.
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L'accord THOMSON PHILIPS du 27 Mars 84 n'a pas encore le contenu techni- que précis qui prendra ultérieurement la dénomination de 02 Mac Paquet. Les choix techniques et industriels de Canal Plus sont maintenant faits avec Discret 1 pour l'embrouillage (retard variable) et un système d'ac- cés conditionnel simple à secret enterré.
La spécification C Mac Paquet est incompatible avec les choix techniques du plan cable à terminaison optique. G. Thery vient de déposer son rapport sur le satellite TDF 1.
En Allemagne Fédérale, on préfére évidemment conserver le systéme Pal, et au Royaume Uni, le programme satellitaire national est en cours de trans- fert, du secteur public (88C) au secteur privé (ТВА).
Les mois suivants vont étre utilisés par le CCETT, avec J. Sabatier, D. Pommier et Alard notamment, pour produire la spécification du D2 Mac Pa- quet, laquelle reprendra in extenso tous les éléments de la spécification C Mac Paquet relatifs à l'accès conditionnel.
Y. Noirel assure désormais la fonction de Rapporteur du Groupe V/CA de l'UER.
La forte motivation du Ministre de l'Industrie va progressivement condui- re à la modification formelle de la position francaise vis à vis de ја norme Mac Paquet, et déboucher sur l'accord Mexandeau Schwarz Schilling de Juin 1985.
Mais, dans 1а négociation menée, avec l'Allemagne Ғейегаіе notamment, par le Représentant des Pouvoirs Publics francais (Monsieur Pomonti], l'accord intervient sur une “spécification réduite" du système D2 Mac Paquet, excluant notamment le format d'image 16/9, et l'accés con- ditionnel.
En Allemagne Fédérale, le plan d'affaires satellitaires de la DBP prévoyait alors le lancement TV Sat 1 à la fin 86 (11 ne sera lancé que fin 87]. Les arguments ne manquent pas, compte tenu des delais disponibles, pour "réduire" la specification, allant ainsi dans le sens d'un D2 Mac Paquet "Super Pal". Les radiodiffuseurs publics sont tres opposés а l'accès conditionnel et au nouveau format d'écran. Exposant leur position sur l'évolution des systèmes de télévision actuels, ils écrivent (Ref. 19) : 711 serait absurde de modifier les proportions d'image (de 4 x 3a 5 x 3 ou 5.33 x 3) simplement “pour montrer au
téléspectateur qu'il existe une nouveauté”.
- 152 –
| |
En conséquence de quoi, ІТТ, seul Industriel des semi-conducteurs en &.! rope prêt à investir dans cette technologie, conçoit une architecture ц. composants VLSI, basée sur une première fonction de base (OMA 2270) еу. | cluant le désembrouillage et la désanamorphose de l'image, et une seca! fonction complémentaire, voire optionnelle (0MA 2280) pour réaliser ces | traitements. ITT n'engage que le développement de la premiére, celui de la seconde, non spécifique а ce stade, étant renvoyé à une phase ulte- rieure, non déterminée.
C'est sur la base de cette technologie que le développement de la premii re génération de produits finis (téléviseurs, syntoniseurs) est engagée par les Industries de Consumer Electronics (PHILIPS - THOMSON. - NOKIA). | Cette génération se trouvera en porte à faux lors du lancement de TOF |, par rapport aux décisions du CSA incluant les services à péage de Cami | Plus et autres.
Le consensus n'existe pas non plus en Mars 1986, entre les Industriel:
européens, pour intégrer cette fonction d'accès conditionnel dans le pr- gramme EUREKA 95, comme cela figurait pourtant dans la premiére proposi- tion adressée par le Président de la RTIC, le 11 Mars 1986, à Monsieur | Silliard.
EUREKA 95 ne retiendra que la seule composante "haute définition”. A cet te époque, il manque encore, dans l'Industrie, une juste appréciation d l'importance réelle de cette fonction de communication, et de 1’ importar ce des efforts qu'il reste à mener pour la spécifier, et développer ses
technologies. i
Notons toutefois que LA RADIOTECHNIQUE INDUSTRIELLE & COMMERCIALE avait | négocié, en 1986, un contrat d'études avec le CCETT en vue de ргедвмејор | per notamment les fonctions де désembrouillage et de contrôle d'accès pit carte à mémoire, sous la forme d'un "récepteur de référence”. Cet équipe ment permettra d'effectuer les premiéres présentations publiques conjoin
|
tes de télévision à accès conditionel dans le courant 1988. | |
C . LA SECONDE PHASE DE NORMALISATION ET DE DEVELOPPEMENT DU- RANT LA PERIODE 87 / 90 - МАС EUROCRYPT ET МАС EUROCYPHER
Le travail normatif n'est relancé qu'en 1987, par la constitution du Con- sortium Euromac
On se souvient que des fournisseurs de programme audiovisuel britanniques (CPPG) avaient lancé un appel d'offres pour disposer d'un système de dif- fusion satellitaire, à acces conditionnel, utilisant la norme MAC et uti- lisable sur le satellite Astra.
Le consortium Euromac fut constitué par les Industriels pour répondre à cet appel d'offres.
Sans faire partie de son Comité Exécutif, le CCETT et TDF étaient Membres actifs de sa structure technique, et une part significative de son savoir faire résultait des travaux menés dans le cadre du contrat d'étude CCETT
- RPIC précite.
Résumons succintement cette seconde phase, qui va porter essentiellement sur la spécification des langages et protocoles télématiques de controle et de gestion des titres d'accés.
Nous п ' entrerons pas dans l'analyse technique : D'autres sont bien mieux qualifiés, tels, par exemple, Mme Coutrot, Messieurs Blineau, Michon, Marquet, Lenoir, Meillan au CCETT et à TDF, mais également les experts de l'industrie comme Messieurs Hóffelt, Ben Dahan, Pellerin, Hellier, Ker- jan, pour ne citer que quelques noms au sein du Groupe PHILIPS, ou Mon- sieur BURGEY au SERICS.
Ce Consortium se présenta publiquement à Montreux, le 12 Juin 1987.
Il établit la spécification technique du second composant ITT {DMA 2275) pour le désembrouillage et la désanamorphose de l image, et financa la premiere phase du développement de ce composant VLSI (spécification du 1!3
Aout 87}. Ce Consortium soutenait la specification 02 Mac Paquet (Ref. 20].
Un second Consortium, dit ‘anglo nordique”, est constitué peu aprés. Il se dénommera Cryptomac
Le principal lien entre ses Membres, était, initialement, le soutien à la Specification D Mac Paquet, alors en cours de spécification à partir de la norme C Mac Paquet (Ref. 21}. Mais il y avait en fait, dans ce consor- tium anglo nordique plusieurs intéréts d'affaires opposes : BSB, avec le Soutien technique de l1' 18A, était alors en cours de constitution (un con- trat de concession de ІВА а 858 de trois canaux pour 15 ans est signé en
Juillet 87} et les candidats britanniques écartés se regroupent autour d'Astra.
- 153 -
- 154 -
PHILIPS, qui participait aux deux Consortiums, prit l'initiative (Моп- sieur van OOSTENBRUGGE} de proposer leur fusion, sous la dénomination commune d'Eurocrypt, et de susciter, par le canal Ge 1 ' £ACÉM, la réanim. tion d'une structure de travail au sein de L'UER. Sa présidence fut con. fiée au Or FORREST LIBA).
Par ailleurs, les exigences du plan d'affaires де 858 conduisit cet im-
portant acteur pritannique, au printemps 1988 (Ref. 22), à quitter ls te. ble de normalisation et à retenir, en relation avec General Instruments, un système à secret enterré, dénommé Eurocypher, conforme à son objectif d'affaires : Etablir un réseau national ferme.
Ce choix, accompagné d'une commande importante de composants auprés
gd ITY (Ref. 23), eut l'effet de relancer vigoureusement sn France 1 1146 rét pour la technique d'accès conditionnel. Les Pouvoirs Publics demande. rent au Président du CCETT, par ailleurs Directeur Général de TOF (M. Ma CHUEL} de désigner un expert chargé de finaliser la spécificetion.
Се qu'il fera le 8 Novembre 1988, вп gGesignant J. BLINEAU.
Le Consortium Crypto-Hac, que 858 avait quitté, se trouvait egalement sf- faibla par le choix do Groupe Murdoch, l'un des principaux locatairei d'Astra, en faveur du systeme Ға) Videocrypt.
Enfin, le plan d'affaires а 177, mettant les connaissances acquises et les travaux effactués dans le cadre du programme du développement du со: posant 02 Mac DMA 2275 au service de BSB {DMA 2285) affaiblissait le (от sortium Plessey Mullard Nordic VLSI, qui s était positionné sur le déve- loppemert de la technologie D Мас Paquet.
Au sein du Groupe Furocrypt, les tenants des concepts Crypto-Mac se trou valent donc affaiblis par cette évolution des affaires. Par ailleurs, lei differences de conception au niveau de la gestion des moyens de cryptolt gie, certaines contraintes imposées par l'état de développement indus-
triel de la technologie де cartes 8 mémoire et microprocessurs, les inci dences Сез choix techniques sur ia conception des réseaux télématiques dé gestion des titres d ‘acces, et, plus généralement, l interaction de ces choix techiques avec les plans d'affaires Ges acteurs economiques concer
nés, tous ces facteurs ne permirent pas de fusionner les points de vue.
A l opposé, durant toute cette période, l'intérêt d affaires de Canal Plus et celui de France Telecom 5 étaient progressivement éveillés. Is avaient d'abord passé contrat entre eux, et avec TOF, pour que іе ССЕТІ apporte à Canal Plus une expertise technique dans les études relatives à l'usage du 02 Mac Paquet en émission de Terre.
Le 9 Juin 88 (Ref. 24}, le Président Rousselet adresse d'ailleurs une lettre circulaire exprimant l'intention de Canal Plus d'abandonner le systeme à module de securité immatriculée, retenu en 84, en faveur d'un systeme a module détachable.
L'ETAC, organe technique des Industriels européens de Consumer Electro-
nics déclare, les 6 & 7 Octobre 88 (Ref. 25)
* ETAC confirme à nouveau sa préférence déja exprimée en faveur d'un standard européen unique, qui devrait être EUROCRYPT ;
* ETAC regrette qu'un radiodiffuseur européen (858) ait l'intention d'adopter un systéme non européen ;
х ETAC а été informé de ce que le radiodiffuseur francais Canal Plus a adopté ја spécification Eurocrypt Mars 88 ;
* је Consortium Eurocrypt validera maintenant la spécification Eurocrypt Septembre 88, et étudiera la compatibilité mutuelle de ces deux ver-
sions.
Le 11 Janvier 1990, 2. Blineau а été en mesure de recueillir le soutien des principaux acteurs économiques francais au choix de principe de la
solution Furocrypt - Mars 88, laquelle servira de base а l'arrêté du 28 Fevrier 1990 (Ref. 25], aux décisions du CSA d'Avril 89 et aux plans
d'affaires subséquents de Canal Plus et de France Teiecom. Joseph 8lineau précise, dans son rapport final
"Le système Eurocrypt retenu permet plusieurs modes de commercialisation des services ou des programmes de télévision payante. Il a été organisé pour aussi permettre de regrouper sur un seul module de sécurité plus- leurs opérateurs de service, sans que leurs méthodes de commercialisation
solent liés. Enfin, il possede des capacites à évoluer.
Les méthodes de commercialisation disponibles pour chaque operateur sont * l'abonnement à la durée
cet abonnement multi-programmes peut étre organisé en niveaux ou en themes. Les dates de départ et de fin sont fixables usager par usager. le paiement à la séance
le paiement peut se faire à l'avance, ou de maniere impulsive. Chaque séance est identifiée par un numera.
le paiement à la duree
qui, comme l'achat de séance impulsif, demande un compteur sécurisé dans le processeur du terminal ("boite à jetons“).
La distribution des autorisations (titres d'accés) peut se faire par
l'antenne (par le signal 02 Mac Paquet lui-même}, sans que cela soit obligatoire.
- 156 -
Le partage du module de sécurité permet à chaque opérateur de disposer, ses propres clés dans chaque carte d'abonné, pour le contrôle ou qw tion des titres d'accès. Ce partage n'est pas obligatoire si un opérat, veut disposer de sa propre carte. La contrepartie est alors, pour l'us ger, d'avoir à changer de carte en changeant de canal. Pour les opéra. teurs partageant une famille de cartes, il est nécessaire d ordonner y minimum de la vie de la carte, mais ce minimum ne contient pas la com: cialisation des programmes. 11 ne contient que la gestion de base des crets à long terme et permet l'introduction de nouveaux opérateurs ay
cours de la vie de la carte. Ceci suppose l'existence d'un organisme ii
torité émettrice} qui definit l'usage des cartes partagées.”
CONCLUSIONS
La décennie 1980 - 1090 a été marquée, en Europe, par des transformations profondes du cadre juridique de l'économie de media audiovisuel.
L'économie de droit public, qui prévalait initialement, a fait progressi- vement une place croissante, dans la plupart des grands Pays européens, à une économie de droit privé.
Simultanément, la révolution technologique, comme résultat de trente an- nees de progrés scientifiques inimterrompus, imposait la conception d'une nouvelle génération de médias audiovisuels.
En oeuvrant pour orienter l évolution du systeme de radiodiffusion de l'avenir, l'UER manifestait donc un sens élevé de l'intérét collectif, car il était aisé de pressentir que le résultat de ces oeuvres ne serait pas mis au profit exclusif des radiodiffuseurs de droit public.
Certes, les objectifs formulés étaient en avance de plusieurs années sur l'état de 1a technologie européenne, mais ils étaient clairement définis et, comme le montre la situation actuelle, accessibles à elle. Le déve- loppement de la technologie fut ainsi encadré pour atteindre les objec- tifs qui avaient été formules.
C'est le milieu, et l'organisation des affaires, qui en déterminera les formes.
Dans le media audiovisuel, la fonction télématique de l acces condition- nel n'est pas une fonction annexe. C'est une fonction de base dont le rå- le essentiel apparaitra plus clairement à l avenir.
Elle rendra économiquement possible les perfectionnements ultérieurs du média.
Mais surtout, en permettant des formes diversifiées de rétroaction de l'usager sur le serveur, elle permet d'espérer à l'avenir un meilleur
exercice des libertés de communication audiovisuelle.
L'histoire de 1а normalisation а ип système européen ouvert de télévision à accés conditionnel montre la complexité du processus par
lequel le milieu interagit avec la production де la technologie de media.
- 157
- 158 -
BIBLIOGRAPHIE ЕТ REFERENCES DIVERSES
Nota : la liste des nombreux (90) documents de travail technique du & pe UER V/CA figure en annexe au document B.Tech 204 - 211 & 23. | Certains d'entre eux seulement sont cités сі-арб5.
Radiodiffusion-Télévision - n° 40 - Nov.Dec. 75 | Numéro spécial sur les “Nouveaux services de Communication soci| је" |
Etude ТОЕ 5312 А - Mars 1980 Structure de contrôle d'accès aux services de teletexte. J. Gregeois - б. Bernéde
LAR/CAS/100/82/LG - 6 Octobre 1982 | Addendum à la spécification Didon Antiope pour le contrôle Ја сёз.
Louis Guillou |
CCIR ~- Commision d'Etude ХІ - Service de Radiodiffusion (télévision!) Question 37/11 - Programme d'études 37 A/11.
Commission Technique 458 - Février 83 Réunion du Bureau де la Commission Technique де l'UER. Déclaration sur les normes satellites (10.02.83)
BBC - RD 60 - Janvier 83 Subscription Television : a proposed outline system for the UK S.M. Edwardson
—————— aa
Rapport de mission - Y. Guinet - 10.03.83 - 0E/DIR/53/41/83/YG Objet : mission des 8 & 9 Mars 1983 à l'IRT (Munich)
——— €
i
Note au Directeur Général - Y. Guinet - 30.03.83 - 0E/DIR/53/83/YG | Objet : Рёаде - Normes satellites - Арре1 d'offres "Terminaux t chaine" |
B.Tech. 204 - Aout 83
Rapport sur la seconde réunion ad hoc V/CA - Kingswood Warren | 17 & 18 Aout 83 |
BIBLIOGRAPHIE ET REFERENCES DIVERSES
Че 10 . 8.Тесһ. 211 - Décembre 83 ЖҮЙ Rapport de la troisième réunion du Groupe ad hoc V/CA Liége 14, 21 & 22 Novembre 1983
11 . 8/Tech. 232 - Février 1984
Ihe Rapport de la quatrième réunion du Groupe ad hoc V/CA Bruxelles 17-19 Janvier 84
12 . Commission Technique 490 - 5th revised version - Draft n° 4 - Feb. 84 Television standards for 625 Lignes 12 Ghz satellite broadcasting Version À : generalised use of scrambling, even for free access transmissions.
aC 13 . Commission Technique 486 - Avril 83 Contribution du Groupe ad hoc du Groupe V : Systèmes de radiodif- fusion à accés conditionnel - Considérations générales.
14 . Rapport de mission - Y. Guinet - 30.11.83 Objet : Mission à Liege du 14 au 22 Novembre 1983.
15 . Groupe de Travail V/CA 036 - ІВА Proposal for a DBS over-air adressed conditionnal access system having a minimal validation cycle time A.G. Mason
К 16 . LAR/CAS/225/83/LG - Louis Guillou - В Novembre 83 - GT V/CA 059
Note de synthèse sur l'accès conditionnel en radiodiffusion.
17 . V/CA 065 - 8 Novembre 1983 - Y. Guinet L'accés conditionnel constitue-t-11 une fonctionnalite de base ou une fonctionnalité annexe ddu service de radiodiffusion directe par satellite en Europe ?
18 . SPB 316 - Fev. 84 - ROS à accès conditionnel - Principes généraux quelques considérations techniques, éconmiques et juridiques (Соп- tribution du Bureau de la Commission Technique].
Clarification et explication de la position adoptée par les radiodiffu- seurs publics allemands ARD et ZDF dans le débat sur la future norme de Production TVHD.
Revue Technique de l'UER - Février 87
- 159 -
BIBLIOGRAPHIE ET REFERENCES DIVERSES
20 . Juin 87 - Euro Mac Consortium Présentation aux fournisseurs de programmes, aux opérateurs de satellites, et aux PTT nationaux Montreux - 12 Juin 1987.
21 . 2 Juin 87 - Communiqué de presse де 1‘IBA La télévision par satellite et le système Mac.
22 . 10 Mai 88 - Communiqué de Presse de 858 | BSB annonce ses plans relatifs à l'industrialisation des récep- |
teurs 085.
23 . 11 Mai 88 - Communiqué de Presse de Intermetall BSB commande des composants de décodage D Mac à ITT
24 . 9 Juin 88 - Lettre circulaire du Président de Canal Plus Module de sécurité pour télévision payante.
25 . ETAC 1988/40 - EACEM / ETAC Statement on conditionnal access for TV Broadcasting.
26 . Arrêté Eurocrypt - 28 Février 1990.
a ен ан нови
——————
- 160 –
LISTE DES FIGURES
Extraits du document B.Tech. 232 (Rapport V/CA - Liège - Nov. 83) 1. Bloc diagramme fonctionnel d'un récepteur Mac Paquet, incorporant les fonctions de base du contrôle d'accés.
2. Génération et Synchronisation des séquences pseudo-aléatoires du sys- {ёте a acces conditionnel, à partir des mots de contrôle.
3. Structure des générateurs PRBS 1 & 2. 4. Structure du générateur PRBS 3.
5. Extrait du document SPB 284 - 5ème révision - Février 84 Forme d'onde Mac embrouillée, et spécification des transitions.
6. Extrait du document SPB 316 - Février 84
Principe général du système à accès conditionnel. Clés d'autorisation et clés de distribution.
- 161 -
Figure 1
> В, тесі "m
оман, ev be Access control subsystem I g 1 аннан алында ыы КУА og pud | Local 5% | CLK2 Packet validation [Pea ! Demultiplexer signals : FM | VAL (with buffer фек { store) | о 1 pe” t £22 | po j а
cp 5 9 À [#2 jut
| Control word Free-access receiver 7
ED «-Е>----------
Local control || word systes i ae gia stn PUE ICI 777777 иста j F/R Рт Load ! on | PRBS2 ! | VAL { Line ! | CP 1 n freq. |
CK2-—— БИ |2 с-----ны----------.--.-.-.... VAL
To уййө | decoder эй | descramle
J
t | і 1 CLK2* | (Note 1) = | ke | i Sound /data descrambler 1 ! зек ! и disce 4 РЕКЕ = То other decoders à Useful ! | 4 data t ! E › res prete l i М Packet | || { 11 (2) | 5 E ы demultiplexer ! ac/Br t аћ' і Descrambled signal {with buffer | [detection | NY, i to sound decoder t prO asd] Aus E: Fosses J T Ех-ос | (mod. 2 E. adder) | «Hi» Interface [ Note 1 - CLK2* is the same clock used to extract the useful data from the buffer store. '
Note 2 ~ In App. 3 to СТ V/CA 042 (Fig. 1) а separate descrambling unit is foreseen for data кебе (e.g. subtitling, teletext). H
Note 3 - Includes processing of entitlement checking and management messages. i
Fig. !: NOTIONAL BLOCK DIAGRAM INCORPORATING THE BASIC FUNCTIONS OF THE "ACCESS CONTROL" DBS —
| (Note: this system does not represent а system proposal, but is for discussion purposes.) | |
- 162 –
2
Figure
(Kquo 3usuoduoo punos
DUO pue одеш 20) UMOUS) warisdks ssoooe -[euota3ipuoo jo apou ssooor-pa[[oiaquoo PUE әрош 55азов-дадј лој waasks сама
;
лә|шшеловәр гдешт o3 euf[ ләй 5314 91
Аоџопђалј-9и1] X 9| = Азџопђелј 12015
(с 9300) әѕүпа әшеід
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- 163 -
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жр жы — Reo онде де зна банды на ДЫ :8 814 F : : lapooop вор 10 punos
S3840Pd ғавр до punos pa3oeles шол езер 102950
03 JEURIS рәрдшріовғай 49019 | / (y 910N) | 007 & удо poire) J03?P1ouoad sgud (7 910N) ТУА peo 5319 91 5214 19 (€ злом) 32012 109815 TVA Jo Аомопђадј x 19 А } ттык шү:
Аоџапђелј 420] дозвдацаа
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Figure 4
Gi-bit initialisation word from PRBS 1
(for connections see Notes below)
СК = clock = 720 clock pulses per sound/data packet in sync. with the useful data
LD * load pulse at VAL signal rate
multiplexer
| l-bit PRBS for sound/data descrambling
Fig. 11: PRBS generator 3 in Fig. 8
! | | i | | | | | | | | | | | і
- 165 –
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Figure 6 Appendix
to GENERAL PRINCIPLE SPB 316 gon-scramb led scrambled descrambled signals signals signals
control word
control word
A (control word)
n - sees des Harris. D
1,2 scrambler and descrambler
3,5 encryption unit
4,6 decryption unit
A authorisation key associated with a service
D distribution key associated with an entitlement support A(control word) control word encrypted by an authorisation key
D(A) authorisation key encrypted by a distribution key
-167-
OPERATION OF EUROCYPHER SYSTEMS
CURRENT EXPERIENCE
AND FUTURE DEVELOPMENTS
Philip BAGENAL, Steve UPTON British Satellite Broadcasting Ltd Marcopolo Building
Queenstown road
LONDON 5УУ8 4NQ
ROYAUME UNI
Tél: +44 71 978 2222
Chris BENNETT VideoCypher Division
of General Instrument Inc 6262 Lusk Boulevard SAN DIEGO, CA 92121 ETAS UNIS
Tél : +1 619 455 1500
= 170 -
TABLE OF CONTENTS
INTRODUCTION
THE BSB INSTALLATION
2.4 Customer Management System
2.2 The Conditional Access System at BSB
EXTENDED EUROCYPHER SYSTEM MANAGEMENT 3.1 Multiple Programmer Support
3.2 Distributed SAS Architecture
3.3 Management of Impulse Pay Per View
3.4 Interworking with non-Eurocypher Conditional Access Systems SUMMARY
REFERENCES
i | E
——————
OPERATION OF EUROCYPHER SYSTEMS: CURRENT EXPERIENCE AND FUTURE DEVELOPMENTS
Philip Bagenal, Steve Upton - British Satellite Broadcasting Ltd Chris Bennett - VideoCipher Division of General Instrument Inc
| Introduction
British Satellite Broadcasting Ltd (BSB) provide conditional access for their signals using the Eurocypher system developed by the VideoCipher Division of General Instrument In. The system architecture and features provided by Eurocypher are discussed in [Bennett90]. In this paper, we discuss the operation of the system in more detail.
The paper is divided into two parts. In the first part, the implementation of BSB's ystem is discussed. Both BSB's Customer Management System (CMS) and their Subscriber Authorisation System (SAS) and Programme Control Systems (PCS) аге reviewed. In the second part of the paper, a number of other possible Eurocypher ystem management architectures are discussed, to illustrate the issues involved in providing service for multiple programmers, for programmers providing service to several countries, and for programmers supporting IPPV services. This section closes with a brief review of issues involved in coordinating Eurocypher conditional access with other access control systems.
ы ANPP EN
———
2 Тһе BSB Installation | 21 Customer Management System
With a ready market of 21 million homes owning televisions in the UK, the potential for Direct Broadcasting by Satellite offering subscription television is enormous. BSB’s business plan projects a penetration of several million customers within a few years. When the infrastructure required to support BSB’s operations was considered, it was mmediately apparent that a powerful Customer Management System (CMS) was ае and that the system could not be built as ап in-house development, in the time available.
The CMS that now exists is a combination of systems from two suppliers, selected through a tendering process. They are CableData, who provide more than 50% of the cable administrative systems in the US, and Next, who run one of the foremost mail order operations in the UK, and who also provide "Own Credit Card" administration to Many retail organisations throughout Britain. A joint company, British Satellite Systems (BSS), was set up by CableData and Next to manage BSB’s customer operations.
The CMS provides BSB with the financial management of their customers, and with the ability to exercise the various Eurocypher functions available through the interface to the SAS. It is based on large non-stop transaction processing systems with very high reliability and integrity. These are backed up by a telephone response facility capable of handling high volumes with peaky traffic distributions. These aspects of CMS operation are described in the remainder of this section.
РЕ se
КОШЕ РТА
2.1.1 System Configuration
The account management for customers is handled by Cabledata equipment; the system (called Quickdata 1000) is based оп 32 bit NCR chips and offers the unique ability іш every user on the system to secure 1 megabyte of central processor memory, Ту system provides very fast response times and also enables batch processing to be runin parallel with on-line access. Because each megabyte is a separate CPU board (easily replaced) the effective architecture is of a non-stop nature with 20 minutes worth of battery backup for switchover contingency in case of power failure. This twenty minutes also enables tidy closedown of files if alternative power supplies are not available,
The system can be grown in step with the volume of customers, so processors and фу storage are added as requirements demand. Data is distributed across disk drives in such a way that contention for disk access is minimised.
BSS has now installed 133 x 1 Mbyte processors and 32 x 380 Mbyte disk drives to cater for the first six months of customer growth. In addition there will be a seconday machine after the first 3 months of live running which will act as back up. The database holds an account for each customer and acts as a sales ledger for billing | purposes. In addition it holds a considerable amount of demographic data and alw holds details of equipment owned or rented by the customer with services established against each receiver. A very flexible and sophisticated report generator allow | reporting on the data, both for ad hoc purposes and for regular Management | Information and Financial reporting. | | d
2.1.2 Customer Financial Management Strategies
BSB has defined a range of policies for the financial management of their customer | These policies were forged in co-operation with BSS, to take advantage of the још | experience of the BSS partners in managing customers. They also took account d considerable research into customer management in Europe (including Canal Plus ia | France), America (Cable and Satellite operations) and mail order, credit card accounting and TV rental in the UK.
H 4 E
Customers who subscribe to BSB's movie service are billed monthly, a month it : advance. Мо customer can receive more than two months of viewing before being at | off from the subscription channel. In order to familiarise UK consumers with the | concept of pay ТУ, a free month's viewing of the movie channel is being offered іог | first year or so of the franchise. |
Customers аге encouraged to рау by direct debit because it is easier and сћеарег 0 | administer, and leads to less bad debt. Customers can also рау by credit card, at ban | or post offices, or by sending cheques directly to the customer management centre where | payments are processed to bank transfer level by automated cheque encoding equipmetl. | Rental customers can also pay at rental outlets where they rent BSB equipment. 2. order to support this last facility, an automated payment interface has been develop? | which allows rental organisations in the UK to transfer monies directly to BSB system |
A considerable marketing operation is backing the launch of BSB, funded by the highest advertising and promotional expenditure for a new product in this century. Since BSB customers must register with BSB before they can acquire service, even if they do
jot wish to subscribe to the Movie Channel, a complete subscriber database is available ip support marketing efforts. Initially, simple lists of responders to advertising were enerated, but customised marketing systems have now been developed to allow more sophisticated processing of this data. Because marketing systems and associated data require very flexible design features, a prototyping procedure has been developed. Marketing systems are prototyped on BSB computers (DEC МАХ) before they are transferred to mainframes at BSS, which occurs when volumes demand larger storage and processing capacity.
213 Customer Support
In this section, we describe the functionality provided by the system from the customer's viewpoint.
Initially a customer might telephone to enquire about BSB services. His address will be validated against a national address register, for security and for accuracy. This address register is generated from the electoral register for the UK and is kept up to date annually by Wescot Data Services. It can also be used for credit checking, although with the low level of individual debt that is involved in subscription TV this is not done on a universal basis.
After address capture, the customer will be mailshotted or directed to his nearest retailer, if he has not already purchased or rented equipment. Once the customer has acquired equipment he will have it installed and will contact the customer management centre to have his equipment enabled. Until the equipment is enabled, the customer wil only be able to see a message indicating that he should call the customer management centre for service, and giving the phone number. This message is broadcast bythe PCS on each channel to all those receivers which are not authorised for any BSB service.
|| From the moment the customer is first enabled, he will follow a cycle which will both | bill him, and maintain the authorisation of his individual equipment through the c, Furocypher system. The cycle is repeated for as long as he owns the equipment and continues watching BSB's programmes. The initial enablement identifies the equipment to the Subscriber Authorisation System (SAS), which then transmits a message which is identified by the address of the ACM in the customer’s receiver where it is decoded. The message identifies the services which the customer is entitled to view, and enables the receiver to descramble these services. Subsequently the customer can upgrade to further services, or downgrade to remove services. Either action will result in a further йет message changing his access rights. At any time he can be sent a screen message based on his service rights or lack of rights; these messages can encourage him to ring the Customer Management Centre for further services or can indicate programming “atus. It is also possible to send a customer individual messages addressed to his receiver; however this facility has to be used with discretion, because it has considerable volume implications.
Customers can exercise parental control in their homes by requiring input of a personal identification number (PIN) or password for programmes which exceed a user-selectable ating threshold. Each customer can select his own PIN; however, should he forget his IN he can ring the customer management centre and a system message can be sent to his receiver via the SAS resetting their current PIN to a default value. This allows the Customer to input a new one.
- 173 –
^^ Fw s
If a customer moves house and takes his equipment with him, a change of address у] | be input on the CableData system, and a message will also be sent to his receiver | indicating the new location. This enables programmes to be blacked ош in certain areas
should BSB choose to use this facility in the future.
If subscription customers fail to pay for more than two months the CableData system | will automatically generate system messages for the SAS downgrading those customers |
from pay services until their accounts have been cleared.
Finally, if a customer sells his equipment or disconnects for any other reason (eg repair)
%
а message can likewise be generated for the SAS disabling the equipment for all services |
ready for the next user of the equipment.
2.1.4 Telephone Support System
The realtime nature of customer interaction and the planned growth to a larg subscriber base in a few years requires the support of a large telephone system manned : by many operators. Sophisticated modelling, and some educated estimation, was used | to determine what level of manning and telephone positions to implement. This |
modelling broke down the level of estimated response for each call type into mal | response and telephone calls, and also imposed a number of parameters governing cal :
behaviour: the seasonal characteristics of equipment purchase; the capacity available for installing BSB equipment; the customers’ response behaviour; and finally advertising patterns. The analysis determined the duration of each type of call and the distributions
——
of calls received by month of the year, day of the week and finally hour of the фу, |
taking into consideration the random nature of the frequency of incoming calls.
From this data, the model estimates the number of positions required to man the busiest
hour of the year to provide a response level of 99.9% of telephone calls answered in2 seconds. This figure gives the actual hardware requirements and the worst cas personnel requirement. The distribution of calls determines the personnel requirement at other times. This model allows BSS to optimise their staffing levels and thereby (0 run their operation as efficiently as possible.
The maximum capacity figures eventually predicted by the model are reflected in the following table. These are currently being tested against actual BSS operations.
Year Telephone Items of Telephone Calis mail positions (millions) (millions)
1 1.75 1.75 150 2 6.00 2.50 250 3 8.00 4.00 270
22 Тһе Conditional Access System at В5В
This section describes the particular configuration of Eurocypher equipment which has been implemented by BSB and highlights how the architecture chosen meets the requirements for a reliable, high capacity, high availability system. All elements of the conditional access equipment have been provided by GI, including all components of the Eurocypher uplink systems and the embedded Access Control Modules for the receiving
equipment.
CABLE/SMATY HEADEND
PROGRAMMER UPLINKS m
Figure 2.1 EUROCYPHER SUBSCRIPTION SYSTEM ARCHITECTURE
Figure 2.1 shows the three basic elements of the Eurocypher uplink systems which have been implemented by BSB. The uplink equipment consists of an SAS system whose main function is the granting of authorisation rights to DTH receivers as requested
the Business Systems. PCS systems control the conditional access aspects of both Ту programme output and data services and finally Uplink Encoder Controllers provide the
interface between the conditional access computers and the Tandberg Telecom D-MAC |
encoders.
As with the initial selection of the conditional access system itself and its supplier, the | philosophy which underlies the choice of the system implementation has been one of |
providing a first class conditional access service which is both reliable and secure.
2.2.1 The SAS
2.2.1.1 Hardware Architecture.
For the SAS BSB have chosen a VAX cluster architecture with two processor nodes, | The processors are МАХ 6210s which have been selected to achieve both the required |
transaction rates for processing authorisation requests from the Business Systems and
also a satisfactory category rekey rate. The cluster architecture is shown in figure 22. |
Mass storage for the cluster is a 2.4 Gbyte disk array consisting of four physical drives |
For data security these drives are configured as two volume shadowed pairs, one pair for the system files and the second for data. This configuration therefore provides up
to 600 Mbytes of storage for the DTH receiver database which is sufficient to support. |
' several million users.
The cluster is completed by the addition of duplicated Hierarchical Storage Controllers (HSC) and appropriate peripherals.
22.1.2 System Facilities
The SAS provides the capability for the management of large numbers of ACMS within a single Eurocypher category. Units in this category are normally DTH units. It is also possible to operate non-DTH units within the SAS category if required, however. For the BSB application, all receivers, DTH, Cable Head End, SMATV and DataVision are managed by the SAS. It was felt that this approach has a number of operational advantages both in terms of offering a uniform professional customer service facility to all customer groups and the greater versatility arising from operating receivers in à common, shared, category. :
The currently installed system supports 55 tiers in the DTH category which are available
———
—
for programmers’ use. This will be upgraded in the near future to the full 512 tes :
available within the category.
In addition to the SAS functions listed below as being supported across the Busines | System interface, the current system provides a number of other features. These include the ability to send Personal Messages, which are Eurocypher text messages addressed |
to individual receivers, and the broadcast of Nationality Control messages. Personal
Messages are relatively expensive in terms of available system bandwidth if used іп а |
yantity. This facility needs, therefore, to be exercised with discretion and so is not generally used operationally. This feature also provides an extremely useful function for
test purposes.
Nationality Control messages broadcast the table of ratings to be used for the parental control facility. This type of message is received by an ACM when it first accesses the Eurocypher message stream and thereby establishes the ratings to be used by the receiver. Since this facility is controlled by an over the air messaging process, it may be varied from time to time and also from country to country as circumstances dictate.
BUSINESS SYSTEM Х.25 CONNECTIONS
А/В SWITCH A/B SWITCH
DECNET
DEC = DEC 6210 SYSTEM SYSTEM CONSOLE CONSOLE STAR COUPLER HDLC HDLC DISK DRIVES (VOLUME SHADOWED PAIRS) TO UPLINK UECS
FIGURE 2.2 BSB SAS CONFIGURATION
———————M— ——
——— manne à
|
| 2213 Interfaces.
There are two principal external computer interface types to the SAS.
| Те first of these provides the links to external Business Systems and will accept а
number of the Eurocypher Business System transactions. Those currently supported are & shown in figure 2.3. Іп the BSB implementation, there are two instances of this interface. One is used to respond to all the television service authorisation requests which are dealt with by the BSB customer management centre described earlier, and the scond is used for BSB DataVision customers.
The second interface is from the SAS to the UEC and is currently a 64 kbit per second gnchronous link operated using HDLC formats. This link carries the various Eurocypher message types which are generated by the SAS to the UEC such as Unit Addressed Category Rekey messages, Personal Messages, and Nationality Control Messages.
Since the SAS is broadcasting authorisations for the DTH category, a single SAS output stream is distributed to all the UECs in the Uplink via a Data Distribution Unit (DDU). This unit provides one to seven mapping of the data and in the BSB application two units are cascaded to provide the required ten outputs. This architecture ensures that rekey updates are received no matter which BSB channel is being watched.
2214 System Transaction Performance.
One of the main system performance parameters of interest is the transaction rate on the Business System interface, as this governs the rate at which changes in the state of receivers can be made. Usually, this implies a change in the authorisation state, but in principle it can mean any change, for example in the unit's location. Changes in the authorisation state of an ACM will normally arise from two sources, either because the unit is a new one and is being granted its initial set of access rights or because there is à Change in the services which have been purchased.
There will always be a background rate of both of these transaction types which must be catered for in the rate capability of the interface between the Business System and the SAS. These rates must also take account of daily, weekly and seasonal variations inthe rate of customer activity. However, the main determinants of the underlying rate
requirements are the growth of the receiver population and the use of Advance Pay Per View (APPV) events.
Detailed modelling of all these factors has led to the establishment of a requirement for minimum transaction rate of 1 per second. This will meet BSB’s projected business Fequrements for at least three years. Measurements on the total combined processing tme of both the CableData business system and the SAS indicate that this minimum quirement has already been exceeded for a typical transaction mix. Current system performance of both the CableData Business System and the SAS is therefore likely to € adequate to meet the foreseen business requirements for a number of years.
22.15 Rekey Rates.
The SAS rekey rate is defined as the interval between routine category rekey messages
1"0 .
addressed to an individual receiver. It does not include high priority rekeys (known a | “instant trips") or changes to a units authorisations. For correct operation of th | Eurocypher system, it is necessary for an ACM to receive at least one valid category | rekey message per rekey interval, normally one month. In practice, because of extraneous factors such as, for example, potential transmission errors or receivers being À turned off, it is a system design aim to address each receiver a number of times each | month. Typically, this minimum value should be five or six times. |
Based on a linear extrapolation from the current system performance, a potentii | subscriber base of 10 million users would be addressed approximately once every few | days. |
WOW че оз цотзеѕтлоцзпе queqsUtT ue spues атип dtar 3u?3surl
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The system is currently tuned to handle large numbers of new units and relatively low levels of rekey traffic, since this mix is appropriate to the rapid population growth phase in which BSB is currently operating. Once the population is more stable, as would be
more likely with 10 million subscribers, the relative priorities of the different message |
types can be adjusted to match the prevailing conditions. In addition, there is a planned upgrade to the SAS output data path to double the data rate. The combination of these factors will yield a proportionate increase in the rekey rate.
Both of these potential improvements, plus the excellent performance currently bei
delivered by the system, means that rekey rates are never likely to be a limiting factor |
in the growth of the consumer base. 2.1.6 Redundancy
Unlike the PCS or UEC, a failure of the SAS, or any of its peripheral systems, does not have an immediate or direct effect on the BSB broadcast operation. The redundang
strategy which has been adopted is therefore different from that used for the other |
components of the conditional access uplink system.
Failure of the SAS results in the loss of routine rekey traffic and the inability of any |
Business System to authorise new units or change the authorisation state of existing units. With the rekey rates currently being achieved the former would only become
problem after a very extended period of down time. The latter demands a recovery in | minutes rather than seconds or hours, in order to continue to provide satisfactory service |
to customers.
The redundancy strategy is therefore based on the duplication of all hardware, data, and | communication circuits operating in "warm standby’ mode. Thus, two VAX processor | are used in the cluster with the Working machine running the application and the | Standby machine powered and running but without the application software loaded | Data is stored on a Volume Shadowed disk set. One pair of disks holds all the system |
files while the second pair contains the data files. Thus, in the event of failure ofa single physical drive, there is no loss of data or processing capability. Incoming an outgoing data circuits may be manually switched between one machine and the other and these circuits are themselves provided with a redundant back up.
With this configuration, a mean time to repair (MTTR) of around 10 minutes is easily achievable. In order to continue to provide service to customers during this period, the Business System has a buffer which is used to store transactions which cannot be sent to the SAS. In this way the failure becomes entirely transparent to the viewer, and 0! re-establishment of the service, the buffer is emptied and processed in the normal way.
2.2.2 The PCS 22.3 Hardware Architecture
Figure 2.4 shows the PCS configuration for a single channel. Each PCS application nus on a dedicated DEC MicroVAX II machine. These are standard rack mounted uni with the addition of a number of proprietary cards. Each MicroVAX is equipped V! both a tape drive and a 140 Mbyte disk drive.
—————————————————————————————————
жасуға
TANNVHO ЭМО НОУ NOILVHNOIANO9 SOd 9589 га ЗЧПЭ1У
In practice, for
g oan OL УОЗП OL
TIOSNOO vivd
З105МОЭ З105МОЭ TANNVHO ууа
ЗПО$МОО TANNVHO
ЗЛОЗМОЗ ИІЗ15А5 AL
З105МОЭ WALSAS
failures, two PCS’s are used on each channel working as main and standby.
| Data is entered into the PCS application either through one of the four dedicated
| A singe PCS is capable of operating one of BSB's five channels. | wminals, or via one of several computer interfaces.
| rsiience to
RRA RTS
VO
c үз 4B «з ұй t9 Ct Бї E зә жі Жі > а 32
2.2.3.1 System Facilities
The PCS provides two major functions: generation of Eurocypher programme соп information, including that for data services, and authorisation for non-DTH category ACMs.
For the BSB application, the authorisation facilities are not generally used since all Вер receivers are operated in the DTH category.
2.2.3.2 Interfaces
The PCS supports two types of external control interface: the Studio Managemen System interface, and the Affiliate Management System interface.
The Studio Management System interface provides the primary means by whic programme information is supplied to the PCS. It connects the PCS to the BSB automated playout control systems ма a DECNET link. The playout systems download | programme schedule information including the name of the programme, its duration, | parental control rating and the access rights required to view the programme. Thi information is correlated with the playout of the video and audio material to ensurea consistent, coordinated result on the viewers receiving equipment.
——————Ó
The programme control information is loaded some time in advance of actual playout Typically, three programmes are loaded ahead of current time. This margin provides adequate resilience in the event of failure of the playout control systems since the system can continue to run without further intervention for the duration of these thre | programmes. However, there remains the capability to undertake edits to the schedule | without the need to alter large numbers of programmes. This makes the system abk | to respond to any last minute schedule changes required by the programmers in a rapid and flexible way.
———
—
The PCS also provides the facility for up to two Affiliate Management System interfaces | These allow the connection of other computer systems which provide the facilities ofa | Business System for the authorisation of receivers in the channel specific, non-DTH | category. These are not used at BSB.
2.2.3.3 Redundancy |
Since a PCS failure could have an immediate effect on the broadcast system, tt | redundancy strategy adopted for the PCS machines is slightly different from ШІ | described for the SAS. Тһе two PCS’s on each channel are operated in a full bo | standby redundancy configuration. Both are constantly operational and providi | Eurocypher data streams to their respective UECs. Both have identical programm | schedules loaded from the Studio Management System and run with the schedules | nominally synchronised. Since loading of the programme information is essentially 310 | real-time operation there is no difficulty in keeping both machine’s databases in S | with each other. Additionally, both machines on a channel are operated in ‘Key | Synchronous’ mode whereby both are generating identical programme key data. Ths | allows a change over from one PCS to its standby to occur during the course ofa | programme without loss of crypto-sync in the receiver. |
i i И H
Generally, one PCS is coupled to one particular UEC. This means that a PCS chan
| | | i
td HER SES =
B5 =.
ғо юз су р» nm t
-
wer also results in а UEC change over and therefore, by virtue of the one to one | medion to the encoder, these change over as well. However, an additional system
: feature is that one PCS can be configured to operate with either UEC on the channel. | When activated, this mechanism allows the failure of a PCS to leave the remainder of | he broadcast chain unaffected.
The final protection against failure is that on the loss of an incoming data stream from 4 PCS, the UEC will autonomously revert to fixed key operation in order to maintain an encrypted broadcast transmission.
224 The UEC
2241 Hardware
The UEC is designed to provide the interface between the Eurocypher computer systems and the Tandberg Telecom MAC encoder. It is a 19 inch rack mounted unit with its
own chassis and power supply. Each UEC contains a seven card assembly based on a standard VME bus.
2242 System Functions
The primary functions of the UEC are:
i в | a | - Interfacing to the PCS and SAS computer systems “. - Golay encoding and МАС packetising input EMM and ECM messages k | Mixing and distributing the input control channel streams li - Generating Control Words and providing them to the Encoder id
2243 Interfaces
—
x, | Figure 2.5 shows the UEC interfaces which are currently supported for a single channel. a These are synchronous links to a PCS and, via a Data Distribution Unit, to the SAS, Н фе Control Word and ECM/EMM links to the D-MAC encoder.
| Те UEC architecture and construction allows a straightforward upgrade path to permit the addition of extra interfaces as required by new demands on the system performance. This would include, for example, supporting a second SAS stream or the generation of
more than the current 32 control words. 18 wi 2244 Redundancy ng : а As with the PCS, the UECs аге duplicated on each channel and are operated in hot CAE standby mode. Generally a UEC failure will be automatically detected by the encoder oO which it is connected. The encoder may be configured to respond either manually ep | or automatically and switch over to the standby encoder and hence the standby UEC. go а, г
о дог
om = 22588 BSBALBSS SEER ЧЗЕУЕЛЕВЕӘВЗ: 188585НЕНЕ ШЕБЕЯ Е
]3NNVHO ЭМО НОУ NOILVENOIANO9N ЭЗП 959
ас -4N914 . faaviA 8 зоманашм WW3/WO3 суб WOH а ЭЗП HIGOONS | зоузызім мо HOLIMS HOL9313S = | pm 30vJU31NI 390015 а SOd WOH S1N3NOdWOO 39IAH3S SANTI U3AO-SSOUO SOd паа VIA V зоманашм имала | y ogn SYS МОН 30vJHUa31NI WO ношме uOLO313S YACOONA dioi 3OVJH3INI 380u1S у 624 МОН
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| з Extended Eurocypher System Management | 31 Multiple Programmer Support
: | те Customer Management System described above supports the business activities ja single Eurocypher programmer, albeit one which supplies a large number of + | сате, The Eurocypher system allows the activities of business systems supporting + | nay different programmers to be coordinated through a single SAS. The mechanisms
| dto achieve this are described in this section.
| Te Eurocypher SAS, which accepts and processes the authorisations provided by BSB's | (MS, is based on the VideoCipher DBS Center software, which currently provides | ушш services for 17 business systems representing 70 different American and
(шайап programmers. The consumer's right to access several of these programmers
| isnot bought directly, but through packaging arrangements which result in the
pssbility of a consumer being authorised for a programmer several times through
different business systems. In North America, 56 programmers are currently supported | tymore than one business system. Thus, the business systems may support one or | mreindividual programmer, or one or more programmers consortia. A business system | my act as a clearinghouse, co-ordinating the authorisations of a number of other | business systems.
| Пе VideoCipher DBS Center ensures that the authorisations from different business | mens are properly coordinated, so that a descrambler only sees the net authorisation: | asevice is available if authorised through any business system, and ceases 10 be | wallable to the user only when deauthorised by all business systems. Тһе Eurocypher _ SAS supports the same capability. With the adoption of Eurocypher by other MAC | pogrammers, orders for authorisation of their services can be accepted by the SAS
fom their business systems. The net authorisations are generated by the SAS, and then distributed to the ACMs. Confidentiality of a programmer's subscriber data is шей through separation of the business systems from each other and from the SAS. Neutrality is assured through operation of the SAS by a separate organisation. In North America, the DBS Center is operated by a subsidiary of the VideoCipher Division; ihe current SAS is operated by European Satellite Services Ltd (ESSL), a consortium o General Instrument, BSB and, other participating programmers.
A described in [Bennett90], the Eurocypher ACM is a member of a single category at ше, and thus has access to 512 tiers. The SAS, as currently implemented, supports Single Eurocypher category, which provides tiers for all services available to ordinary ‘onsumers in the area supported by the SAS. Each separately authorised programmer Sallocated tiers from this category. The allocation of tiers is determined by the partners of ESSI. From time to time, tiers may be deallocated because they аге no longer needed for their original purpose. When this occurs, all ACMs possessing the
| rare deauthorised for it, and the tier is not reallocated until this deauthorisation is
| ‘ompleted securely.
| Те SAS also provides facilities for managing the activities of business systems. А
655 system is only permitted to authorise ACMs for the tiers assigned to the Programmers represented by that business system. As the set of programmers
. "Presented by a business system changes, so the set of accessible tiers changes. With
: H
Mable upgrades to the SAS, a business system сап be denied access to ACMs which
| Че bespoke to organisations not represented by the business system. From time to
2/497 +з.
time, business systems may be removed from the SAS if they cease to be active.
The authorisation messages generated by the SAS are distributed to the uplinks ofaj | channels associated with the DTH category authorised through the SAS. There theya multiplexed into a single MAC packet stream with any authorisation messages generate - by the PCS or other SASes and broadcast оп the channel. In this way, an ACM с acquire its authorisations regardless of the channel it is listening to. This characteristic allows an ACM in standby mode to update its authorisation and keys on ay Eurocypher channel.
3.2 Distributed SAS Architecture
In North America, a single DBS Center is sufficient to support the business activities of all programmers in the continent. Canadian authorisations are collected througha single system which acts as a national clearinghouse, which appears to be an addition! business system to the DBS Center in San Diego. This same model could be applied elsewhere. However, while a single DBS Center is sufficient to support all VideoCipha | authorisations in North America, it has always been apparent that the more compl | political structure of Europe was unlikely to admit the same arrangement. |
The Eurocypher system design allows the SAS function to be split amongst sever | authorisation centres, while still assuring that each ACM can receive all its authorisation updates in a single message from a single SAS. In this section, the architecture of: | decentralised Eurocypher authorisation system to achieve this is outlined.
In a distributed system, each SAS would handle authorisations for the programmiy | services of a single country or related group of countries (e.g. France, Scandinavia). | Each SAS would operate independently of the others, providing authorisations fi | consumers residing іп that country. All programmers active іп the area served by tt SAS would naturally establish marketing organisations serving the same or subsidiay | areas, and would establish business systems for the same area. The local market | organisation of a programmer with multinational interests would supply üt | authorisation data for the programmer's local customers to the local SAS, just as woui
the marketing organisation of a programmer serving only the area supported by tbi SAS.
ЕБЕлБЕНҒЕС FPDERRHUHuUu наван RTS зона ши
The same approach could be used to support the authorisation activities of nn
independent Eurocypher consortia addressing consumers in the same target папом | Apr market. As an example, consider the case, shown in figure 3.1, where a single count? of may be supported by more than one SAS. For example, each SAS might $ирр® | 1 ACMs for rival consortia based on use of different receiver technology. ll! tha receivers of the first consortium could process the signals of the second, the fis | М consortium might grant the SAS of the second consortium the right to authorise 5 | ы ACMs for the services of the first consortium. А business system supporting the! ie consortium could then accept subscription orders from any consumer. Authorisalo® | 7 would be directed to the appropriate SAS, based on the type of receiver used by te The consumer. | ds As currently implemented, all ACMs supported by an SAS are placed in the sal | қ category. Іп а network of distributed SASes, each SAS could manage а гер хр category, ог all SASes (ог а subset) could be within а common category. А ерш fane category for each SAS allows each SAS to provide access to a complete set of 512% set of
| However, а multinational programmer would then require а separate tier in each region | jywhich service was provided; since these are in separate categories, a separate ECM өші be needed for each category on the service, which could slow acquisition time. || jagreement is reached to allow the SASes to operate within а common category, then ий SAS must be configured to allow authorisations only for tiers allocated to | programmers who operate in the region served by the SAS.
ИС ВЕ. eke ee a
| Since each ACM belongs to a single category, the value of the system to the consumer | &maxmised if a large number of services of interest to the consumer use tiers from | de pool available to a single category. The advantages of providing rapid consumer | шек to a wide variety of services іп a single DTH category have been demonstrated “| ty the growth of the market for C-band consumer television in North America. | Programmers in the United States and Canada have found that the advantages of а | іше free consumer market іп which all programmers can compete on equal terms wweigh the advantages of tied markets which are segmented by commercial and | technological means.
59-99 ыы IM.
| Teprinciples of message distribution from distributed SASes are shown in figure 3.1. Tw authorisation stream generated by each SAS would be distributed to all the uplinks | forthe programmers associated with the SAS, by any appropriate means, for example | sa MAC data service. At each uplink, the authorisation stream is combined with the | authorisation streams of any other SASes associated with the same programmer, | елей into the MAC waveform by the UEC and broadcast to the consumers. From | the consumer viewpoint, the same result is seen as is seen with a single SAS: the
| astomer receives the authorisations intended for his ACM no matter which | Виосурћег channel is being watched.
| Ма result of this process of multiplexing, the consumer can be assured that all | Ewocypher MAC channels carrying services for his area will carry authorisations. | However, additional steps are needed to ensure that an ACM which is looking for an | uthorisation stream can find one carrying authorisations from the SAS maintaining that | ACM. Each authorisation message carries an identifier for the SAS which originated | this denotes the "home SAS" of the ACM which receives the message. At a low rate, | tach SAS also sends a broadcast message which includes the same identifier. By | *arching for this identifier, ап ACM can assure itself that it has found a channel that “ould also be carrying its authorisation updates.
| Aprocess is also defined which allows an ACM to move smoothly from the jurisdiction
done SAS to that of another. Each ACM is normally "held" to its home SAS; when teld, the ACM will ignore authorisation messages from any other SAS. When the user
a1 ACM moves from an area served by one SAS to that served by another, the tome SAS must first "release" the ACM before the new SAS can take hold of it. The | SAS will not release ап АСМ till all business systems authorising the ACM indicate d ішініз safe to do so. This allows for proper deauthorisation or transfer of subscriber
% "rds to take place before service is resumed in the new area.
4 | j йигаоп of the SAS also takes into account the position of the SAS within the | i uted system. Each SAS сап be restricted so that authorisations will only be y | “pled for ACMs coming from a given set of regions, within the 64 regions available
at" Eurocypher, Along with the identity of the SAS, each SAS will also broadcast 4 ШЕШЕ rating tables and currency representation data for all regions within its 5 s area. The set of ACM addresses supportable by an SAS is restricted to the
Maddresses available in the SAS keylist; thus, movement of АСМ5 can be confined
|
| ma e by ensuring that other SASes do not possess the same ACM addresses in Yusts.
i
1 t 1 { { BUSINESS : SYSTEM COUNTRY A PROGRAMMER UPLINK oa Cas |4 CONSUMERS AUTH. ENCOOER SYSTEM е а SYSTEM BUSINESS / | SYSTEM е SUBSCRIBER Й AUTH. | SYSTEM BUSINESS SYSTEM = ғ-ғ,””т”ттт,”,”,туғтт,лғмгғ,2т,гтғ,ғтт,,,тгү,,/,,,”ттттт,,л,ғғғғғеғға | s 5 BUSINESS COUNTRY B = SYSTEM Ги МА DISTRIBUTION OF . CT AUTHORISATION TRAFFIC
BUSINESS SYSTEM
CSSS LS LISE LL MEAP MMMM EME MAPA SELLE LLC LC LL CIS РРА
BUSINESS PROGRAMMER UPLINK SYSTEM COUNTRY С
STEM
[Se NES
BUSINESS | evo | CODER SY
wave
Figure 3.1
PRINCIPLES OF DISTRIBUTED SAS COMMUNICATIONS
- 190 -
33 Management of Impulse Рау Per View
The Eurocypher system installed to date supports subscription services and can be used to support a call-ahead pay-per-view service. With the addition of a suitable reportback mechanism and an IPPV Management System (IMS), the system can | support Impulse Рау Per View (IPPV). The features made available by the IPPV | enhancements are described in [Bennett90]. This section describes the management infrastructure required to support an IPPV systern.
! The reportback mechanism may be a telephone sidecar, а smart card reader, or other | means. At this time, following US experience, it is expected that IPPV reportback will | be based on telephone delivery, but different mechanisms may well be appropriate for | different countries. It is currently assumed that the IMS and initial telephone | reportback units, when tielded, will be based on the equipment currently in operation | to support IPPV in the United States. The following description is based on the current
American System.
The IMS resides on a VAX computer in a similar configuration to the SAS. The architecture is centred on the IMS, which acts both to coordinate the credit and view history limits of the ACMs and as a central regional data collection centre, in which purchase data is verified and authenticated and then distributed to the business systems
supporting IPPV.
CABLE/SMATV HEADEND
TELEVISION PROGRAMMER UPLINKS SATELLITES
Figure 3.2 А
SYSTEM ARCHITECTURE OF EUROCYPHER IPPV SYSTEM - 191 – ·
‘Ine flow of data in the system is outlined in figure 3.2. In order to initiate IPPV service, the consumer must establish an account with опе or more business systems supporting IPPV. These business systems then authorise the ACM through the IMS, which establishes limits for credit and unreported view history in the ACM. As programmes are purchased, programme identifiers are logged in the ACM's view history stack and are reported to the IMS. The IMS also receives logs of the playout of purchasable programmes - "programme histories" - through the PCS. As view history data is reported, the АСМ? stack and credit limit is advanced by the IMS. The
view history and programme history data is uploaded to the business systems authorised to receive it.
Data is reported from an ACM to the IMS through a telephone sidecar. The sidecar accepts data dumps from the ACM, sorts out what has not been successfully reported to the IMS since the last transmission, and relays this information back to the IMS ма a phone line for proper accounting. The business system, through the IMS, can poll the sidecar at any time to obtain current view history data. The sidecar can also be configured over-air to report specified data automatically to a specified phone number. The sidecar is told what amount of unreported data is sufficient to trigger a report, when it should attempt to make a report, and how often it should retry if the first attempt fails. The sidecar maintains an internal clock to synchronise these activities. When this algorithm is activated, the sidecar will spontaneously call the designated phone number without being explicitly polled through a control channel.
As with the SAS, the IMS function can be distributed over several computers covering a number of regions, if required.
34 Interworking with non-Eurocypher Conditional Access Systems
Since Europe has not Standardised оп a single conditional access system for satellite television, it has been necessary to consider the issues raised by the existence of several operational systems within the same market. In this section, these issues are discussed,
and various options for overcoming the danger of fragmentation arising from competing systems are considered.
For PAL signals there are now several actual and potential systems providing conditional access. For MAC systems, three conditional access systems аге recognised by the EBU in addition to Eurocypher. At the moment, the only choice available to the consumer wishing to watch two services differentiated by choice of technology is to buy additional equipment. With appropriate packaging, a multi-system receiver could be built which reduces the complexity and cost somewhat. However, the present state of development appears to carry a real risk of market fragmentation along technological lines. Since the set of services available to a subscriber through any single set of equipment is limited by the choice of technology, the overall attraction is reduced, and
the growth of the European satellite television industry may well fail to meet its true potential.
Partly in order to provide a path to address these issues, certain upgrades have been proposed to the Service Identification (SI) portion of the MAC specifications. The packet address and service associations of EMM streams and ECM streams have been augmented by descriptors which identify the type of conditional access system supported by the EMM and ECM streams. In addition, facilities have been defined
- 192 -
which allow for ECM streams supporting different conditional access systems to be associated with the same set of service components.
Using these identifiers, a receiver accessing any MAC signal can select the EMM and ECM streams appropriate to the conditional access system or systems supported by the receiver. This allows a multi-standard receiver to select the access control module required to provide access to the service selected by the user. The receiver could be carrying on activity related to more than one system at a time: for example, if a channel carried a Eurocypher EMM stream, in addition to services scrambled under a different system, background authorisations for а Eurocypher ACM could be obtained while processing access requirements for one of the services with another module.
The same facilities allow a programmer to operate a multi-standard service. This is made possible by the fact that all MAC-compatible conditional access systems conform to a common interface for providing control words. Therefore, with suitable uplink equipment for generating control words and distributing them through all appropriate conditional access systems, the programmer can in principle make a single service accessible to several different types of system.
This route is most likely to be of interest to programmers whose signal is received in countries with different conditional access systems. Using these techniques, the signal can be decoded correctly in each country using the conditional access system authorised in that country. For example, a sporting channel carrying sound tracks in several languages could choose to make each sound track available under a different conditional access system, while the video - common to all sound tracks - would be made available under all systems. A programmer targetting a single country might make the service available under more than one system if that country was effectively supporting more than one conditional access standard.
Before such a path could be implemented, considerable systems analysis and software development would be required to ensure that the access control mechanisms of one system can be adequately mapped to those of another. To take a simple example, both Eurocypher and EuroCrypt-M [EC89] possess programme rating schemes, but EuroCrypt-M only allows definition of a single rating level, normally related to the point of transmission, while Eurocypher allows definition of different ratings in
different reception regions, as well as ratings based on programme content. The programmer must make a choice whether to operate within the limits set by the facilities which are common to two systems, or whether to operate the two systems independently of each other.
Multiple conditional access system operation is currently only an option іп MAC-based Systems, since only MAC possesses an SI capability. In order to allow similar features to work in PAL-based systems, the PAL equivalent of certain portions of SI are required. Currently, the only path to preventing market fragmentation of PAL-based Subscription services on technological lines is to build a multiple standard PAL receiver, in which the user selects the conditional access system required for each channel
change.
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4 Summary
BSB now have in place fully operational customer management and Eurocypher conditional access systems. The systems architecture outlined above provides for sophisticated control and reliable operation of a conditional access subscription television service. It provides all the functions and features required to support the continued operation and growth of BSB for the future. The Eurocypher systems are capable of being configured in ways which allow support for many programmers in complex multinational environments, and with the provision of appropriate data collection systems can also support additional features such as Impulse Pay Per View.
5 References
[Bennett90] - C. J. Bennett, P. Moroney, D. J. Cutts: The Architecture and Security Goals of the Eurocypher System. Proc ACSA90, June 1990 (This conference)
[EC89] - "Systeme D’Access Conditionel pour La Famille MAC/Pacquet: Eurocrypt" Paris, March 1989
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CARACTÉRISTIQUES FONCTIONNELLES D'UN GESTIONNAIRE DES TITRES D'ACCES
ET D'UN SYSTEME DE GESTION COMMERCIALE
Philippe SALANOVA TÉLÉSYSTÈMES
Division Réseaux et Communication L’Equerre
315 rue Héléne Boucher
78280 GUYANCOURT
FRANCE
Tél : +33 30 96 40 37
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TABLE DES MATIÈRES
PRÉSENTATION DU SYSTÈME À ACCÈS CONDITIONNEL 1.1 Introduction
1.2 Principe
1.3 Composantes
1.4 Description de l'environnement du GTA et du SGC LE GTA
2.1 Présentation
2.2 Fonctions
2.3 Organisation du GTA
2.4 Mode d'emploi du GTA pour un GCS
2.5 La sécurité dans le GTA
2.6 Description de la configuration matérielle LE SGC
3.1 Présentation
3.2 Fonctions
3.3 Environnement
3.4 L'usager et le SGC
3.5 Le fournisseur et le SGC
3.6 Le point de vente et le SGC
3.7 Le CAT etle SGC
3.8 Description de la configuration matérielle GLOSSAIRE
11
12
13
INTRODUCTION
Dans le cadre du développement des services de télévision à condition d'accés, FRANCE TELECOM a lancé un programme qui met en oeuvre les élèments fonctionnels suivants :
- un centre de gestion
- un dispositif d’embrouillage des signaux audiovisuels avant leur diffusion
- un terminal де désembrouillage destiné à restituer en clair les signaux reçus, chez les usagers autorisés. Ce terminal a pour nom le VISIOPASS.
Le service VISIOPASS est adapté a l'évolution vers la télévision à haute définition. Ce service permettra entre autre à l'abonné de ne payer que les émissions qu’il désire regarder.
TELESYSTEMES a été retenu par FRANCE TELECOM pour la réalisation du centre de gestion. Ce dernier se compose de deux systèmes :
- Un gestionnaire des titres d'accès (GTA) qui assure entre autre la gestion de cartes à mémoire de technologie PC2 (support des titres d'acces) et la mise à disposition de ces titres d'acces aux usagers. П est prestataire de service pour tous les systèmes de gestion commerciale.
- Un systéme de gestion commerciale (SGC) qui organise l'offre commerciale de FRANCE TELECOM pour le compte des fournisseurs de programme, la présente aux usagers via un serveur vidéotex et gére aussi la vente des émissions des différentes chaines aux abonnés du service VISIOPASS.
Ces deux systémes GTA et SGC sont réalisés par la Division Réseaux et Communication de
TELESYSTEMES Télécommunication sur la gamme CLX 700 de TANDEM (machines à tolérance de panne).
PRINCIPE
Contrôler l'acces à des services audiovisuels, diffusés indépendamment du réseau de diffusion (réseaux vidéocommunications, satellite).
Proposer des lots de programmes audiovisuels en mode abonnement, ou achat anticipé et, dans une deuxième étape, un service à la carte.
Facturer la prestation à l'usager et rémunérer des fournisseurs.
L'autorisation d'acces à un service est matérialisée par la possession d'un titre d'acces sur le support carte à mémoire PC2.
COMPOSANTES
- Des émetteurs, des récepteurs, des lots de programmes appelés PAC
- Un dispositif d'embrouillage : les points d'embrouillage
- Un dispositif de désembrouillage: le terminal Visiopass et la carte PC2, chez l'usager - Un dispositif de contrôle d'acces ou péage : le GTA (Gestionnaire des Titres d’Accés)
- Un dispositif de gestion : le SGC (Systéme de Gestion Commerciale)
1.4
DE о о DU СТА U
L'outil d'émission des cartes chargé d'initialiser les cartes vierges en provenance des fabricants, Il reçoit ses ordres du GTA (sous forme de scénario d'émission) et lui communique un compte rendu d'exécution lorsque l'émission des cartes est terminée.
Des systèmes de gestion commerciale propres aux fournisseurs de programmes ayant pour fonc- tions principales, la gestion de ces fournisseurs, l'élaboration de leurs caractéristiques de com. mercialisation, la gestion des usagers et des cartes. Un systéme de gestion commerciale est sous la responsabilité d'un gérant commercial de services. (GCS).
Des points d'embrouillage (PE) qui ont pour principale mission de fournir un signal codé et em. brouillé ; ils assurent le transport des titres d'acces vers l'usager. Le GTA communique avec les PE par l'intermédiaire des diffuseurs de messagerie.
Des terminaux VISIOPASS (désembrouilleurs) qui utilisent la carte PC2 de l'usager pour analy- ser les messages de gestion et contrôler les autorisations de désembrouillage.
Le centre de facturation des gérants commerciaux de services qui émet et gere les factures à des- tination des utilisateurs des services offerts par le GTA.
Graphique de l'environnement du Centre de gestion
2 LEGTA
21 PRESENTATION
. Le but du système d'acces conditionnel EUROCRYPT est de contrôler l'accès à des services au- е diovisuels diffusés, sur tout réseau de vidéo-communications ou satellite : il faut s'assurer que
des programmes de télévision, de radio ou des services de données ne sont accessibles qu'aux
seuls usagers qui remplissent des conditions bien précises, par exemple avoir souscrit un а abonnement.
. Le système est composé de trois équipements : le gestionnaire des titres d’accés (GTA), le sys- tème de gestion commerciale (SGC), et les terminaux points de vente (TPV).
. Le GTA remplit les fonctions de gestion technique relevant de l'autorité émettrice pour des systèmes de gestion commerciale.
. Le GTA a un rôle de prestataire de service d’accès conditionnel vis à vis de ces fournisseurs. L'une de ses fonctions est donc de contrôler ces fournisseurs et de fournir les éléments de factu- ration du service rendu.
. Le GTA intervient pour la gestion des cartes (supports des titres d'acces), la mise à disposition des titres d'accès aux usagers via les points d'embrouillage ou les terminaux points de vente et les relevés d'achats d'émission.
. Les différents modes d'acces offerts par le systéme d'acces conditionnel sont les suivants :
- abonnement simple - abonnement par théme/niveau - abonnement par classes - achat anticipé à la séance - achat impulsif à la séance - achat impulsif à la durée L'achat impulsif à la durée nécessite en particulier la version EEPROM de la carte PC 2 qui
permet l'effacement d'informations sur la carte. Une carte EPROM serait trés rapidement saturée.
2.2 FONCTIONS
Les fonctions assurées sont les suivantes : Saisir et maintenir les informations de configuration Saisir et maintenir les informations "émetteur"
Saisir et maintenir les informations sur les Gérants Commerciaux de Services et leurs entités service.
Fournir les éléments de facturation du service fourni parie GTA
Gérer l'émission des cartes
Gérer les cartes méres
с Малны рамы i ‘ re СЕН кете тенден
- 200 –
Gérer les clés
Gérer les adresses
Gérer les cartes usager
Elaborer et traiter les messages de gestion (ЕММ)
Gérer la relation avec les SGC et GMTA
Traiter les requêtes en provenance des SGC et GMTA Gérer les PAC
Effectuer les relevés des consommations en mode impulsif Gérer l'effacement d'informations sur les cartes
Gérer la relation avec les points d'émission 23 ORGANISATION DU GTA Le GTA est sous la responsabilité de l'Administrateur du GTA qui dispose des droits d'acces sur
l'ensemble du GTA.
Il est entouré d'une équipe "d'opérateurs du GTA" à laquelle il délègue un certain nombre de tâches.
Leur rôle est de : - Maintenir l'environnement du GTA.
- gérer les paramètres qui les concernent directement : points d’embrouillage, canaux, émet- teur, accès au système.
- gérer les paramètres des GCS en accord avec ceux ci, en s'assurant que l'ensemble reste cohérent : entités services, modèles d'émission cartes, diffusion de message.
- Gérer l'émission des cartes, effectuer le suivi avec les ateliers d'émission, la tenue de stocks de cartes vierges.
- L'exploitant du système à la charge , sur la console du système TANDEM, de superviser les traitements du GTA.
Son rôle est de : - gérer l'actitité quotidienne du système - planifier les traitements à la demande - analyser et gérer les incidents - consulter et utiliser les procédures de test et de contrôle du système - contrôler ја bonne exécution des traitements, en diffuser les résultats - gérer l'environnement matériel et les consommables
- assurer les relations avec les services de maintenance
BE m t |
24 MODE D'EMPLOI DU GTA POUR UN GCS
2.5
Les services GTA accessibles à un GCS font l'objet d'un contrat entre ces deux parties.
L'accès au GTA se fait par 2 moyens :
- manuels Courrier, télex, etc. {demande de cartes, maintenance des données propres au GCS]
- automatiques Requêtes transmises
par la liaison de données SGC - GTA {ordres de gestion cartes,...]
LA SECURITE DANS LE GTA
La sécurité dans le GTA consiste à traiter des EMM envoyés par l'applicatif. Ce traitement consiste à chiffrer ou à signer des parties d'EMM.
La sécurité dans le GTA est assurée par des processeurs de sécurité appelés UDS/PC2 (Unité Décentralisée de Sécurité pour les cartes PC2)
L'UDS/PCZ2 est basée sur un compatible PC sous MS/DOS sur lequel sont connectés des lecteurs de cartes à mémoire.
Ils sont connectés au GTA par des liaisons directes X25 à 19200 bauds.
Leur interface avec l'applicatif GTA sont des process appelés moniteur des GUDS/PC2 (Ges- tionnaire Unité Décentralisée de sécurite pour les cartes PC2).
Ii y a un GUDS/PC2 par UDS/PC2. Ils sont supervisés раг un moniteur qui effectue le partage de charge entre eux.
Les process qui veulent effectuer des opérations de chiffrement ou de signature d'EMM trans- mettent au GUDS/PC2 des messages contenant les requétes à traiter.
Sur chaque UDS/PC2 sont connectés 4 lecteurs de carte à mémoire destinés à recevoir des cartes méres de type PC2. La fonction de sécurité principale de l'UDS/PC2 est de faire calculer les cartes PC2 enfichées dans les lecteurs.
Les transferts d'informations entre le système hôte et l'UDS/PC2 doivent être minimisés afin d'éviter une surcharge de l'UC du site central. Le maximum de traitement doit donc étre effectué par 'UDS/PC2 ( découpage d'EMM et formatage du résultat ) et les cartes, afin de décharger le central.
L'UDS/PC2 reçoit des requêtes du GTA via le GUDS/PC2. П analyse le contenu de l'EMM reçu, envoie des ordres à une carte qu'il aura sélectionnée. Lorsque le calcul est terminé, il reconstitue l'EMM l'envoie au GUDS/PC2 qui remonte РЕММ traité à l'applicatif.
Les principales fonctions exécutées par les cartes PC2 sont le chiffrement et la signature des EMM. En effet, tout ordre d'écriture reçu par une carte fille ne sera exécuté que s'il a été préala- blement signé par une carte mere valide.
D'autre part, les calculs de chiffrement ou de signature des cartes méres, sont faits en utilisant un paramètre identifiant de façon unique la carte fille destinatrice (ce paramètre est appelé le diver- sifiant).
De ce fait aucune autre carte fille que celle concernée ne pourra interpréter un ordre. Ceci per- met d'éviter qu'un EMM transmis ne soit intercepté et présenté à une autre carte.
- 201 -
- 202 -
2.6
Le GUDS/PC2 étant installé sur une machine de type NON STOP, ceci assure une sécurité de fonctionnement élevée. D'autre part les UDS/PC2 sont doublés, ce qui permet un partage de charge au niveau des requêtes émises par les GUDS/PC2 ainsi qu'une continuité de fonctionne. ment en cas de panne d’un des PC.
Le GTA gère donc ма le moniteur des GUDS/PC2, deux UDS/PC2 soit 8 cartes PC2 . Ceci permet de supporter la charge des requêtes demandées au GTA.
Les lecteurs de cartes et les cartes sont gérés en *pool", ce qui permet un partage de la charge et une continuité de fonctionnement en cas de défaillance d'un composant.
Afin de détecter d'éventuelles pannes sur les lecteurs ou sur les cartes, des programmes de test peuvent être activés de facon manuelle ou automatique. Ces tests sont effectués pendant les pé- riodes oà les cartes ne sont pas en train de calculer pour ie GTA. En cas de résultat négatif sur un test de lecteur ou de carte , le résultat est remonté à l'applicatif du GTA qui décide des ac- tions à entreprendre ( affichage console ou autre , alarme..)
Comme indiqué plus haut , chaque UDS est connecté par une liaison directe en X25. Deux cir- cuits virtuels par UDS/PC2 permettent le dialogue entre l'UDS/PC2 et le GUDS/PC2. Un circuit est utilisé pour l'émission de messages à destination de l'UDS/PC? ; l'autre étant utilisé pour la réception de messages en provenance de ce dernier.
D'autre part sur chacun des liens, le GUDS multiplexe les requétes à destination ou en prove- nance des UDS/PC2.
DESC ON DE LA CONFIGURATIO IELLE
1 systéme TANDEM CLX 700 configuration 2 processeurs comprenant :
- 2 processeurs CLX 700 avec 16 М0 de mémoire chacun - 4 disques 300 М0 mirorisés (soit 2 disques logiques)
- 6 disques 300 MO mirorisés (soit 3 disques logiques)
- 3 terminaux à écran
- 1 imprimante série 400 cps
- 2 contrôleurs de communication
- 1 dérouleur de bande 1600 ВРІ
2 Unités de Sécurité modèle 500 pour cartes mères PC2 comprenant :
- 1 UC 286
- 20 МО de disque
- 1 carte X25
- 1 carte multivoies asynchrones
1 coffret de sécurité pour cartes mères РС2 comprenant : - 8 lecteurs reliés par 8 E/S série à 19200 bps.
1 PC 386 pour les statistiques et pour toutes les interfaces disquette avec l'outil d'émission com- prenant :
- 2 M0 de RAM
- 140 М0 disque
- 1 imprimante graphique
- 1 carte Safe-card permettant un accès sécurisé sur PC
1 PC 386 pour la gestion des alarmes
- 40 Mo disque
- 1 carte Safecard permettant un accès sécurisé sur PC
- 1 carte ASP-440 version X32 permettant la connexion à ATLAS 445 - 1 carte numéroteur avec son modem incorporé
1 serveur d’archivage comprenant :
- 1UC 80386, 16 MHz, 1 MO
- 1 disque dur 40 MO
- 1 DON 1G0
- 1 carte Safe-card permettant un accès sécurisé sur PC
{configuration site) со (RTC) D Serveur PC STATS + interface [se | d'archivage outil d'émission PC pour [es RES à fy ANNE (set LOOO Coffret da Centra де Sécurité pour facturation GESTIONNAIRE DES Cartes PC2 TITRES D'ACCES CLX 720
Cie
d'émission
Console Bg Imprimante
RTC Console
Désembrouiileur Д
Соласів
3 consoles 1 ~ système - exploitation - administration
- 203 -
3.1
LE SGC
PRESENTATION
Dans је système d’accés conditionnel, il y a plusieurs SGC. Ici, nous пе décrirons que celui de France Télécom. Il existe d'autres SGC dont les fonctionnalités sont libres; la seule contrainte étant le respect du protocole "Interface SGC-GTA". Le SGC est responsable de l'offre commerciale du système d'acces conditionnel. A ce titre, il est en relation avec :
- les fournisseurs, qui définissent l'offre commerciale et la programmation
- les points de vente, à qui il délégue la distribution des produits
- les usagers (avec accès à un serveur VIDEOTEX), par l'intermédiaire de la relation avec les points de vente et la facturation des produits (PAC)
Le Gérant Commercial des Services (GCS) est l'unique responsable du SGC. Il négocie avec le GTA un contrat définissant les choix du SGC vis à vis du GTA. Il négocie avec les fournisseurs des contrats permettant de définir l'offre commerciale du SGC.
Il négocie des contrats avec les responsables des points de vente qui permettront ensuite au SGC de commercialiser ses PAC.
Il commercialise certains types de carte à mémoire (PC2). П est l'autorité émettrice de ces cartes mais après négociation avec les GCS des SGC externes il peut autoriser l'utilisation de ces cartes par des clients de ces SGC externes. Pour cela, il leur alloue une ou plusieurs zones de service dans la carte. Il peut également négocier avec d'autres GCS l'utilisation pour les clients du SGC de France Télécom de certaines des cartes de ces GCS.
Il commercialise les terminaux Visiopass, qui, avec la carte PC2 contenant les titres d'accés, permet le désembrouillage des émissions.
Les programmes audiovisuels sont commercialisés sous forme de PAC pouvant regrouper plu- sieurs programmes, avec différents modes d'accès.
Les différents modes d'acces offerts par le système d'acces conditionnel sont les suivants : - abonnement simple - abonnement par théme/niveau - abonnement par classes - achat anticipé à la séance - achat impulsif à la séance
- achat impulsif à la durée.
3.2 FONCTIONS
On peut recenser sept grandes fonctions assurées par le SGC, à savoir : Fonction commerciale de présentation, promotion et distribution des РАС Fonction de gestion de programmes Fonction de gestion de stocks et de distribution des cartes et des terminaux е
Fonction de facturation et de rémunération
Fonction d'interface avec le GTA (Gestionnaire des Titres d'Accès : responsable technique du Système à Accès Conditionnel)
Fonction de gestion des contentieux
Fonction de statistiques
Ces fonctions correspondent aux gestions et relations suivantes :
- Gérer les fournisseurs de programmes audiovisuels utilisateurs du système de gestion commerciale
- Prendre en compte les caractéristiques des programmes audiovisuels offerts par chaque fournisseur.
- Gérer les points de vente - Gérer les usagers des services audiovisuels - Gérer la relation avec les points de vente
- Offrir une relation “usager - SGC" via un serveur vidéotex
- Offrir une relation "usager - SGC" via un centre d'opérateurs - Elaborer les requétes à destination du GTA
- Disposer d'interfaces avec l'exploitant du SGC
33 ENVIRONNEMENT
rémunération urs ramunératon ! Рони de verne: s Contermeux PETAT кіс кені. CON Facturation : Y Usager А V sag Ж > xi
Mintai РІК, | usagers ! Point de verte! GX Аш | Іі: d'émismon
- | - 205 - “| c т, |
Sont connectés au SGC:
- Le GTA, ма Transpac (en mode GFA - groupement fermé d'abonnés)
- Les usagers, par . leur minitel . les consoles Tandem du CAT (centre d'appel téléphonique), pilotées, par téléphone, par les usagers
- Les points de vente, appelés TPV
- Les fournisseurs par Minitel
- Les Centres Comptables, à savoir : . le centre de facturation des usagers . le centre de rémunération des fournisseurs de programmes . le centre de rémunération des points de vente Ces Centres peuvent étre distincts ou confondus.
- Le service contentieux
La relation de ces Centres avec le SGC est réalisée par transfert de fichiers, avec repli sur bande magnétique .
- L'atelier d'émission qui livre les lots de cartes au SGC et aux points de vente, mais le SGC et le TPV ne connaissent pas ce centre
- Le centre de gestion des terminaux qui livre des lots de terminaux suite à des commandes en- voyées par le SGC
34 L'USAGER ET LE SGC L'usager doit avant toute opération établir un contrat. Pour ce faire il se rend à un point de vente (la liste des points de vente est disponible sous minitel). A ce point de vente l'usager signe un contrat contenant des informations d'identité, de mode de paiement, de réseau de diffusion, de liste de cartes et terminaux ainsi que de lieu d’achat et de mise en opposition (TPV, CAT ou minitel). L’usager d’un réseau non desservi par le SGC est averti avant la conclusion du contrat.
Avec son contrat l'usager reçoit les cartes et les terminaux qu'il a demandé, et en contre-partie il règle au TPV une caution.
L'usager abonné va ensuite pouvoir bénéficier de certains services qu'il pourra obtenir au ТРУ, au CAT ou par minitel dans la mesure où son contrat је permet.
Le numéro de contrat est nécessaire pour l'accès de ja majorité des services. Par ailleurs, le nu- méro de contrat est rappelé pour chaque facturation.
3.5
Si l'usager perd son contrat papier il retourne à un point de vente avec une de ses cartes pour ob- tenir un duplicata du contrat. Le point de vente pouvant accéder aux contrats par un nom d'abonné, lorsqu'une carte de cet abonné est dans le lecteur de carte du Point du Vente (LECAM).
Pour toutes modifications de son contrat (retour ou nouvelle demande de cartes ou de termi- naux, changement d'adresse, de coordonnées bancaires) l'usager se rend obligatoirement à un point de vente.
L'usager qui fait un achat le fait pour toutes les cartes liées à son contrat, sinon il ouvre plusieurs contrats.
L'usager qui a plusieurs résidences ouvre plusieurs contrats. La facturation est mensuelle pour l'abonnement, totale pour l'anticipé fonction de la quantité achetée, de la durée d'abonnement et des incidents de diffusion ou de déprogrammation dans la
mesure ou le fournisseur l'accepte.
L'usager qui ne consomme pas (aucun achat, aucun droit à la période de facturation) et qui ne loue aucun terminal se voit facturer des frais de gestion.
L'usager qui loue des terminaux paie une redevance mensuelle.
Aucun autre service ne sera facturé.
Pour se désabonner l'usager doit avant l'échéance de son abonnement informer le SGC de sa volonté, sinon l'abonnement est automatiquement reconduit pour la méme durée. И ne peut se désabonner avant l'échéance, il recevra une facture jusqu'à l'échéance de son abonnement.
En cas d'incidents de paiement , le centre de facturation peut geler ou résilier le contrat de l'usager.
LE FOURNISSEUR ET LE SGC
Le Fournisseur établit un contrat avec le GCS qui lui fournit deux authentifieurs.
Des éléments de contrats sont introduits par l'exploitant du SGC.
Ces contrats précisent l'identification du fournisseur, les identificateurs de service utilisés, les chaines commercialisées (et les caractéristiques réseaux de ces chaines), le nombre maximum de PAC commercialisés et leur types , les critères de rémunération (le fournisseur ne peut pas
définir plus de 10 chaines).
Le GCS a fourni au fournisseur la liste de modèles de diffusion et la plage des numéros de séances utilisables.
Les opérations effectuées par le fournisseur le sont sous contróle de l'authentifieur : - création, modification, suppression de PAC
- mise à jour des grilles de programmes (connues deux semaines maximum à l'avance) et introduction de pages de textes libres.
- mise à jour du descriptif de chaines.
Périodiquement le fournisseur est rémunéré à partir des éléments fournis par le SGC à date dé- finie par le GCS.
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- 208 –
3.6
La suppression d'un fournisseur ne sera effective que lorsqu'il n'y aura plus де РАС (périmés oy sans destinataires) et que tous les éléments financiers seront totalement traités.
Le fournisseur doit définir les données EUROCRYPT (n? de séance, ћете), associer au пу. méro de PAC un libellé, définir son offre dans un "texte libre" et définir une partie financière.
Cette partie financière permet de donner : - des coûts en fonction du nombre d'exemplaires achetés
- des coüts en fonction de la durée de l'abonnement : cette tarification n'est modifiable que trois fois par an.
- l'autorisation d'effectuer des dégrévements en cas d'incidents ou de déprogrammation.
- des durées mini et maxi d'abonnements. On garantit à l'usager un tarif stable pendant toute la durée de l'abonnement.
- des dégrévements pour des achats de PAC anticipé si certaines séances sont déjà écoulées. Les PAC abonnement sont à renouvellement automatique géré par le GTA par période de 1 mois. Ils sont facturés au mois aux usagers. Les PAC anticipés à la séance sont totalement factu- rés à l'usager à la période de facturation qui suit achat.
La modification d'un PAC ne peut porter sur les zones liées aux titres d'acces. Le fournisseur peut supprimer des PAC, mais les РАС périmés sont automatiquement suppri- més pat le GTA. LE POINT DE VENTE ET SGC Le TPV établit un contrat avec le GCS et, s'il décide de gérer ses stocks il reçoit des stocks de cartes et terminaux. Il regoit dans tous les cas 2 AV. Par contrat il définit : - ses stocks max et mini (s'il en gère) - son type de rémunération.
Des éléments du contrat sont introduits au SGC par l'exploitant du SGC ou par minitel équipé d'un AV maitre.
Tous les transferts de matériel (cartes, terminaux) se font obligatoirement au TPV et entre autres :
- les cartes rendues ne sont pas recyclées.
- les terminaux hors service sont envoyés à des centres de réparation . Cette fonction n'est pas vu par le SGC qui se contente de constater une diminution du stock.
- les cartes retenues par l'usager qui sont la contre-partie d'une caution conservée par le TPV avant d'étre transmise à France Télécom.
3.7
3.8
- les terminaux retenus par l'usager qui sont la contre-partie d'une caution conservée par le TPV avant d'étre transmise à France Télécom. Lors d'un échange de terminaux aucune caution n'est perque et le SGC se charge d'en informer le centre de facturation des delta de caution à rendre ou à percevoir. Le point de vente peut également encaisser à la place de France Télécom, le paiement des fac- tures usagers dans le cas oà le contrat de l'usager a été suspendu. Le vendeur doit en informer le SGC (RHM de paiement, RHM de modification de contrat).
Le vendeur du TPV a une fonction de conseil vis-à-vis de l'usager : le vendeur maitrise bien l'environnement VISIOPASS.
Le TPV est rémunéré au forfait ou à l'activité en fonction du nombre de contrats ouverts et du nombre de cartes.
Les modifications du contrat portent sur les stocks et le type de rémunération. Ces modifications sont introduites par un exploitant du SGC ou un utilisateur d'un Minitel équipé d'un AV maitre.
La suppression du TPV ne peut étre faite que par un exploitant du SGC. Elle n'est effective que
lorsque les cartes et les terminaux ont été renvoyés au SGC et lorsque les éléments de rémunéra- tions ont tous été traités.
LE CAT ET LE SGC Le CAT ou Centre d'Opérateurs permet aux usagers d'accéder aux fonctions commerciales par l'intermédiaire d'opérateurs en liaison téléphonique avec l'usager . Les prestations offertes couvrent les domaines suivants : - présentation des services offerts (rubrique d'informations générales). - mode d'emploi du service et du terminal. - fourniture d'annuaires. - accès aux grilles de programmes. - prise en compte des réclamations. - rubrique Mini-Point de Vente, qui est en fonction optionnelle pour usager, car outre la possibilité de présentation d'informations individuelles sur un usager donné, il est laissé libre choix à celui-ci de : . demander la mise en opposition par appel du CAT
. acheter ses titres d'acces par le CAT.
DESCRIPTION DE LA CONFIGURATION MATERIELLE
- 1systéme TANDEM CLX700 configuration 4 processeurs comprenant :
4 processeurs CLX 700 avec 12 МО de mémoire chacun
- 209 ~
- 210 -
6 disques 300 MO mirorisés (soit 3 disques logiques) 1 imprimante série 400 cps
2 contrôleurs de communication
1 dérouleur de bande 1600 BPI
25 terminaux à écran
- 2 unités de Sécurité modèle 500 comprenant :
1 UC 286 20 МО de disque 1 carte X25
1 carte additionnelle DES
- 1 PC 386 pour les statistiques et pour les interfaces disquette comprenant :
2 М0 de RAM 140 MO disque 1 imprimante graphique
1 carte Safe-card permettant un accès sécurisé sur PC
- 1 PC 386 pour la gestion des alarmes
40 МО disque 1 carte Safe-Card permettant un accés sécurisé sur PC
1 carte ASP-440 version X32 permettant la connexion à ATLAS 440
1 carte numéroteur avec son modem incorporé
- 1 serveur d'archivage comprenant :
1 UC 80386, 16 MHz, 1 MO 1 disque dur 40 MO
1DON 1G0
1 carte Safe-card permettant un accès sécurisé sur PC
Schima de ја copficersiton пені {configuration alte)
LECAM Minitel TPV = [E] cantra de D [ | facturation et rémunération С) 1 fournisseurs
GTA
У LES
Minitel Minitel usager fournisseur de progranss
meee
25 terminaux
> Référence 65254
RYC) Berveur РС STATS d'archivage РС pour E] slaruew
SYSTEME
DE GESTIOH
740
3 consoles : ~ systène - exploitation
- administration
- 211 -
- 212 -
ЕРКОМ
ЕОКОСКҮРТ
РАС
Authentifieur Vidéotex Centre d’Appel téléphonique diffuseur de messagerie
Message contrôle des titres d'accès (ECM = Entitlement Checking Message)
entitlement management messages (message de gestion)
Technologie de composant 4 mémoire programmable et effaçable électriquement (EEPROM = Electrically Erasable Programmable ROM)
Technologie de composant à mémoire programmable électriquement et effaçable par
rayons UV (EPROM = Electrically Programmable ROM)
Nom du systéme d’accés conditonnel dont les processeurs de sécurité sont des
cartes à mémoire de type "Porte clés". Gérant commercial de service Gestionnaire des titres d’accés
Lecteur de carte à mémoire
Gestionnaire d'Unité Décentralisée de Sécurité.
Produit Audiovisuel Commercialisé : offre commerciale faite aux abonnés.
Porte clefs numéro 2 - nom donné à la carte point d'embrovillage Systéme de gestion commerciale
Terminal point de vente
ette m im Наса
o
MANAGING SMART CARDS FOR PAY TELEVISION
THE VIDEOCRYPT™ APPROACH
Jonathan HASHKES, Michael COHEN News Datacom
PO BOX 1763
JERUSALEM
ISRAEL
Tél : +972 2 240545
p~
ABSTRACT
VideoCrypt™, a joint project of News Datacom and Thomson Consumer Electronics, incor- porates a detachable, smart-card system for controlling access to pay television services. The system provides two primary ways for managing these smart cards : (1) over-the-air addres- sing of currently installed cards and (2) card remplacement. The paper presents an overview of the VideoCrypt™ approach to pay-TV security, a description of the system, and а review of the tools and methods provided for managing smart cards.
RÉSUMÉ
VideoCrypt™, projet commun de News Datacom et Thomson Consumer Electronics, com- prend un système de contrôle d'accès détachable basé sur la carte à puce pour les services de télévision à péage. Le système offre deux possibilités de gestion de ces cartes : (1) l'adressage sur antenne de cartes utilisées actuellement et, (2) le remplacement de la carte. L'article présente une vue générale de l'approche VideoCrypt™ pour la sécurité en télévision à péage, une description du système et un examen des outils et des méthodes fournies pour la gestion
des cartes. TABLE OF CONTENTS 1 PIRACY : ENEMY NO 1 OF THE PAY TV INDUSTRY 2 THE VIDEOCRYPT™ ANSWER 3 THE SMART CARD 4 HOW VIDEOCRYPT™ WORKS 5 THE SYSTEM
5.1 Subscriber Management System 5.2 Authorization Center 5.3 Encoder 5.4 Decoder 6 SMART CARD MANAGEMENT 6.1 Functions of the Subscriber Management System 6.2 Over-the-Air Addressing 6.3 Smart Card Production Management 7 CONCLUSION
- 214 -
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1. Piracy: Enemy No. 1 of the Pay ТУ Industry
According to a report of the U.S. Federal Communications Commission, the number one problem facing the Home Satellite Dish industry today is theft of satellite program services (so-called 'piracy'). Industry experts estimate that at least 50 percent of all decoders in use are "pirate boxes".! Theft of service equally haunts the cable-TV industry.
These facts arise against a background of repeated claims of “unbreakable security" by the developers of existing television security systems. Each of the claims has been proven false. At least one company has even promoted its “fully secure" system as an industry standard. That system, too, has been broken.
In conventional systems, the user's decoding key resides in the decoder. When pirates crack the code, the security of the system is compromised. System security can be restored only by replacing each subscribers decoder—a prohibitively expensive solution. In addition, the decoder's initial design permanently determines system features, which can only be altered by a similar system-wide replacement of decoders.
2. The VideoCrypt™ Answer
VideoCrypt™, a joint development of News Datacom and Thomson Consumer Electronics, incorporates a detachable access-control system for pay television. Detachable, because its security secrets and algorithms reside solely in inexpensive and easily replaceable smart cards. It is, therefore, the first system that gives pay TV service providers not only top security, but which is also endlessly adaptable and easy to manage.
VideoCrypt™ makes these claims based on its unique approach to television broadcast security. Its flexible design derives from the following premises:
+ Technology for television security will continue to advance. * Fixed security algorithms are not secure in the long run.
Encoding and decoding equipment must, therefore, incorporate a flexible security System that can both adapt to changes in video-scrambling technology and provide new security algorithms, as needed.
With VideoCrypt™, there is no need to choose a fixed standard. More powerful security algorithms can be developed as stronger smart card microprocessors become available at lower cost. Hence, while pirates can be expected to use increasingly sophisticated methods to break the algorithms, VideoCrypt™ will always stay several steps ahead.
lFCC 89-104: Notice of Inquiry (Washington, D.C.: Federal Communications Commission, April 1989), 2
- 215 -
3. The Smart Card
VideoCrypt™ achieves these breakthroughs with a revolutionary application of smart card technology. All entitlements and authorization keys reside on the smart card (a card, resembling a credit card, that contains a computer microchip). The generic decoder holds no secrets. The десодег 5 only security-related function is to continuously verify the legitimacy of the smart card—called "Fiat-Shamir zero-
knowledge authentication.” All the other security aspects are managed by the smart card.
The microprocessor in the smart card employs innovative public key security techniques. To access pay television channels, a changeable security algorithm instructs the decoder how to rearrange the scrambled video.
Replacement smart cards are inexpensive and can be sent to each subscriber either periodically (e.g., every three months) or whenever there is reason to believe that system security has been breached. With each batch of new cards, security algorithms and entitlement types can be changed. Unauthorized attacks on security are, therefore, extremely difficult to mount and economically not viable.
Moreover, smart cards have applications beyond the security realm. As a business
tool, they can be used for: advertising, promotional marketing, TV merchandising, and payment reminders.
How VideoCrypt™ Works
The VideoCrypt™ system is applicable to any signal type (PAL, SECAM, NTSC, MAC, D2-MAC) and to any signal medium (cable, terrestrial, satellite). It is most effective when combined with a "hard" scrambled video signal (such as video line rotation), and can also be used with many types of scrambled audio signals.
The smart card serves as an active security device, which manages the scrambling/descrambling process and dictates overall system behavior. In contrast, in other smart-card-based systems, the smart card is passive, used only as a repository of keys. The decoder is still limited to its fixed scrambling algorithm and
original system features. It is the active nature of the VideoCrypt™ smart card that makes VideoCrypt™ unique.
The scrambling/descrambling process begins in the broadcasting studio, where every 0.6 to 2.5 seconds, the Security Encoder Computer sends a packet of control data to its smart card. In response, the smart card generates a random scrambling "seed" using a VideoCrypt™ security algorithm.
The seed, together with control data and selected subscriber and scheduling information, is passed to an encoder. The encoder uses the seed to scramble the
video before transmission. The control data and subscriber/scheduling information is transmitted over the air with the scrambled television signal.
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At the receiving end, the control data is routed by the decoder to the viewers smart card. The smart card "hashes" together the data using the appropriate security algorithm and produces a seed (identical to the seed used to scramble the picture at the broadcasting studio). The seed is sent back to the decoder, where it is used to reconstruct (i.e., descramble) the video picture.
The control data also triggers the smart card to authorize individually addressed actions, including: enabling/disabling of entitlements, payment reminders, and personal messages.
5. The System The VideoCrypt system includes four major components (see Figure 1).
51 Subscriber Management System
The Subscriber Management System handles all subscriber-related information, including: orders for regular service, "booking" for pay-per-view programs, orders for service upgrades (or downgrades), cancellations, billing details, and payment histories. It notifies the Authorization Center of entitlements to be modified, messages to be broadcast (e.g., payment reminder) and cards to be "blacklisted". It is also responsible for relaying all necessary instructions for the production of smart cards. (See also Section 6, "Smart Card Management.")
52 Authorization Center
The Authorization Center computers manage the generation of scrambling seeds and the preparation of information from the Subscriber Management System and program scheduling computers for transmission. It sends this information to the Encoder.
5.3 Encoder
The Encoder scrambles the video signal according to the seed received from the Authorization Center. It transmits the scrambled signal together with subscription and program information.
5.4 Decoder
The broadcast transmission is received by the decoder and the control data is forwarded to the smart card. The smart card "hashes" the data to create the appropriate seed. It then transfers the seed back to the decoder, where it is used to descramble the video picture.
-217- |
6. Smart Card Management
There are two primary elements in VideoCrypt™ smart card management:
+ Over-the-air addressing + Card replacement
Both of these activities are initiated from the Subscriber Management System.
6.1 Functions of the Subscriber Management System
The Subscriber Management System is the comprehensive customer information database for the VideoCrypt™ pay-TV scrambling and security system. Developed by News Datacom using the fourth-generation database applications environment, MAGIC, its main functions include (see Figure 2):
+ Customer Service - The Subscriber Management System enables rapid on-line retrieval of all information about a customer, including: subscriptions, method of payment, account history, smart card data. It also provides the tools needed to enter new information and modify existing records.
• Billing and Accounting - The Subscriber Management System handles all aspects of customer billing. Its banking interface handles the transfer of claim and payment information to and from the banks and credit card companies. An extensive reporting facility facilitates effective auditing of network operations.
* Initiation of Over-the-Air Addressing - The Subscriber Management System data is used to regulate subscriber privileges and guarantee system security. It generates orders to enable and disable viewing entitlements, broadcast on-screen payment reminders, send letters to customers delinquent in paying their bills. It provides the interface needed to telecommunicate these data directly to the Authorization Center computers.
• Smart Card Production Management - The Subscriber Management System data is used to generate orders for the production of new subscriber viewing cards. This includes both personal data to be printed on the card and entitlement and security-related data to be programmed into the card's computer chip.
6.2 Over-the Air Addressing
The Subscriber Management System can initiate a number of actions directed at individual subscriber smart cards. It does so by sending relevant data in the specified format to the Authorization Center. The Authorization Center computers process and combine the data with the scrambled video signal for over-the-air broadcast.
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6.3
Despite the fact that, with VideoCrypt™, there is no need for over-the-air cipher management, the system can address individual subscribers at a rate of between 160,000 and 3.3 million per hour.
The types of actions initiated by the Subscriber Management System are:
+ Granting an entitlement (or whitelisting) - An entitlement (or, following blacklisting, "whitelisting") action enables viewing for a single channel or for the entire card (i.e., all channels). Following a blacklisting action against the entire card, only a similar whitelisting action (1.е., on the entire card) can be executed.
• Revoking an entitlement (or blacklisting) - А blacklisting action disables viewing for a single channel or for the entire card. Only a parallel whitelisting action can restore the disabled service(s). Up to seven blacklisting/whitelisting couples can be performed on a single smart card.
* Displaying a smart card message - This action causes a message that is pre- programmed on the smart card to be displayed on the television screen of the addressed subscriber. Messages of this type include:
PLEASE CALL nnnnnnn PLEASE PAY YOUR BILL
The Subscriber Management System is also capable of generating free-format messages for systemwide broadcast.
Each action is added to a database at the Authorization Center and is broadcast periodically until it expires or is deleted. To simplify card management toward the end of a smart card period, actions can be entered twice—to enable the addressing of both the current and replacement card (see Figure 3).
The Subscriber Management System may designate certain actions as high-priority; i.e., for immediate broadcast. In that case, a viewer can receive immediate on-screen indication that an action has been executed. Аз а result, the customer service Operator at the Subscriber Management Center can, for example, in a single telephone call: receive an order for expanded service, generate an immediate over- the-air entitlement, and receive confirmation from the customer that the entitlement has been received.
Smart Card Production Management
Periodic replacement of smart cards is a central feature of VideoCrypt™ security. А new card is issued to every subscriber at the beginning of each new period (about every three months). Between periodic replacements, cards are issued as necessary; €.g., to new subscribers or to subscribers who report lost, stolen, or inoperable cards. Cards are generally issued inactive (Поскеа"), and remain so until chained by the Subscriber to one of his/her previous cards.
- 219 -
- 220 –
Smart cards offer tremendous management flexibility. Among the elements that can be customized for each service provider are:
e security algoritms
+ data transmission format
+ level of smart card sophistication
* prices and methods of payment (including for pay-per-view)
Perhaps even more significant is that any of these elements can be changed at the time of the next systemwide replacement of subscriber smart cards.
Each service provider specifies the types of cards to be distributed to its subscribers. Among the options are:
• Viewing Card - for enabling normal viewing of the programs to which the subscriber is entitled
Key Card - for overriding parental control restrictions that may be contained in the Viewing Card
Token Card - for enabling the purchase of pay-per-view services by the subscriber on impulse (i.e., by pushing a button on the decoder). A similar type
of debit card could be applied to the over-the-air purchase of a wide range of merchandise.
• Event Card - for enabling viewing of individual promotional programs
Among other card-distribution details set by the service provider are: situations in which to issue a new card to a subscriber, the method for delivering a subscriber's first active viewing card, and the means of distributing cards (e.g., mail, retail outlets, agents). The many options for card distribution can enable the service
provider to reduce its pool of telephone operators and eliminate payment of sales commissions to third-party agents.
Regardless of the system's particular card-management parameters, issuance of smart cards is initiated at the Subscriber Management System. The Subscriber Management System sends all necessary card personalization information to the card production facility according to the specified data exchange format. The information (all of which is contained in the subscriber database) includes: card ID number, chaining number, expiration date, parental rating limit, entitlements, and the subscriber name and address.
Generally, systemwide replacement of cards is initiated about six weeks prior to the new period, at which time the Subscriber Management System sends tapes containing the subscriber information to the card production facility (see Figure 3). A month is allotted for personalization of cards, with two weeks remaining for delivery. Management of the card changeover period is simplified by enabling subscribers to use their new (replacement) cards as soon as they receive them (i.e., by making each card operable in both the current and new periods). Old cards become inoperable on the first day of the new period.
7. Conclusion
Smart cards, as applied in the VideoCrypt™ system, offer many management advantages:
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Security - They are detachable, replaceable, and incorporate state-of-the-art technology.
Low cost, low risk - The wide selection of cards available at a range of prices enables service providers to match their security needs and budget to the right card. Because decoders are generic, they can be produced at lower cost. Finally, smart cards eliminate the risk of having to replace decoders systemwide.
Business flexibility - Each service provider can customize system behavior to suit its business needs.
Revenue generation - Smart cards can be used to create revenue, through merchandising, advertising, and one-time promotional events.
Open technology - A system based on smart cards is protected from obsolescence because of its use of standard components and nearly endless ability to incorporate future technologies.
These advantages constitute an effective answer to many of the most pressing problems facing the pay-TV industry.
- 221 -
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- 224 -
PAC MANAGER OU LA GESTION TECHNIQUE DES TITRES D'ACCÈS
CONDITIONNEL AUX SERVICES AUDIOVISUELS
Didier CERTAIN SEMA GROUP
5 square René Cassin 35700 RENNES FRANCE
Tél : +33 99 38 17 38
RÉSUMÉ
SEMA GROUP a développé un gestionnaire de titres d'accès en mode abonnement (GTA-MA) connu sous le nom de PAC Manager. Ce système trouve sa place entre les systèmes de gestion (SG) des fournisseurs de programmes et les diffuseurs de messageries (DM) des points d'émission (PE). PAC Manager assure [а distribution des droits d'accès vers les abonnés en générant des messages de gestion (EMM) insérés dans le flot d'images télédiffusées. Chez l'usager, le décodeur se charge d'extraire ces messages de gestion et d'inscrire les droits d'accès dans la carte à puce associée au décodeur.
ABSTRACT
SEMA GROUP has designed and has built a subscriber's authorisation system in subscription mode (SAS-SM) which is known as PAC Manager. This system is interfaced between the subscribers managing system (SMS) of program providers and the message broadcasters (MB) of the emission points (EP). PAC Manager has to distribute access rights toward subscribers. Access rights are distributed in the form of Entitlement Management Messages (EMM) inserted in the flow of televised pictures. At user's level the decoder extracts these management messages and writes the access rights into the smart card associated with the decoder.
TABLE DES MATIÈRES
1 LE CONTEXTE GÉNÉRAL 1.11 Cocooning et hédonisme 1.2 Les nouveaux paysages audiovisuels 1.3 La nouvelle équation économique 2 LA PLACE DE PAC MANAGER DANS LE SYSTÈME VISIOPASS 2.1 D2 MAC/Paquet, Eurocrypt et Visiopass 2.1 Le rôle de PAC Manager 3 LE SERVICE OFFERT AUX ABONNÉS 3.1 Abonnement 3.2 Et demain, le paiement à la consommation 3.3 Les diffusions sélectives 4 LES PRESTATIONS FOURNIES AUX SYSTÈMES DE GESTION COMMERCIALE 4.1 Requêtes de gestion 4.2 Requêtes d'émission 5 LA CONFIGURATION TECHNIQUE 6 CONCLUSION
1- LE CONTEXTE GENERAL 11- COCOONING ЕТ HEDONISME
Pour le consommateur qui souhaite regarder le film, le match ou le concert de son choix douillettement installé chez lui devant son téléviseur, l'aventure commence chez le spécialiste hifi-vidéo en bas au coin de la rue.
C'est la en effet que notre amateur de cinéma, de sport ou de musique obtiendra le décodeur magique et la carte 4 puce personnelle contenant ses propres tickets d'accès.
Ainsi, à peine notre consommateur a-t-il installé son précieux matériel sous sa télé qu'il peut bénéficier de la palette d'émissions auxquelles il a souscrit. Et si par hasard il a oublié de demander tel ou tel accés privilégié, un simple coup de téléphone ou de minitel lui permettra de commander la télé-inscription par la voie des airs du ticket manquant dans sa carte.
Magie de la technique, assurément. Mais le plus étonnant dans cette
innovation, c'est que gráce à la carte à puce, notre téléspectateur a pu n acheter que les émissions et les programmes qui le passionnement vraiment.
Une iélé à la carte en quelque sorte.
Rien ne lui interdit, en effet, de se payer une tranche de film, un round де match de boxe ou de choisir au coup par coup en zappant. Cependant, la profusion des programmes télévisuels et l'inélasticité du porte-monnaie du consommateur trouvent rapidement leur limite dans ја télévision à abonnement classique. C'est pourquoi la télévision-passion de demain passe nécessairement par une télé à la carte.
Mais avant d'arriver à mettre en place un systéme complet à l'échelle européenne de télévision à la carte, il a fallu définir une politique industrielle commune pour laquelle se sont engagés les plus grands groupes industriels.
L2- LES NOUVEAUX PAYSAGES AUDIO-VISUE
La dernière décennie a vu se bousculer son lot d'innovations, de débordements, de normalisations et d'imagination. La France a mis en place un ensemble d'éléments politiques, techniques et économiques connu sous le vocable de nouveau paysage audio-visuel français (PAF). Plus généralement, les pays européens ont également contribué à faire éclore un nouveau paysage audio-visuel européen (PAE).
- 227 -
Ces nouveaux paysages se caractérisent par un débordement hors des monopoles d'état, hors des frontières des pays et hors des normes technologiques usuelles. En effet, l'avénement des chaines commerciales (en clair ou à péage) cohabitant avec les anciennes chaînes publiques a affaibli la notion méme de monopole. D'un autre côté, l'irruption des réseaux locaux de vidéocommunication et des satellites de télévision directe (TDF1, TVSAT, ASTRA, pour ne citer que les premiers) а fait éclater les traditionnelles frontières au sol. Enfin, l'émergence d'une télévision hifi demandée par les consommateurs а nécessité de sortir des normes technologiques habituelles (PAL, SECAM) et d'entrer dans le XXIème siècle avec de nouvelles normes (D2-MAC, HD-MAC) orientées vers la télévision à haute définition.
C'est dans ce contexte résolument novateur que se place VISIOPASS, ambitieux projet voulu par FRANCE TELECOM.
VISIOPASS est destiné, à l’échelle européenne, à satisfaire les besoins de toutes les applications de télévision à péage grand public ou aux besoins de transmissions sécurisées entre professionnels, par câble ou par satellite. Le projet VISIOPASS financé et animé par FRANCE TELECOM rassemble la volonté et les moyens des plus grands groupes industriels européens (BULL, FRANCE TELECOM, MATRA, PHILIPS, SEMA GROUP pour n’en citer que quelques uns).
1.3 - LA NOUVELLE EQUA І
Bien entendu, toutes ces innovations ont un coût et il est permis de se demander si le consommateur habitué à regarder une télé commerciale financée par la publicité est prêt à payer pour regarder une télé à la carte financée par abonnement ou par paiement à la séance.
La question est posée et les premiers éléments de réponse sont positifs. Tout d'abord, "le" téléspectateur n'existe pas : il faut segmenter les téléspectateurs en fonction de leur pouvoir d'achat et de leurs pôles d'intérét. Ensuite, il est remarquable que le segment qui offre la meilleure solvabilité est également celui qui demande une télévision différente (plus thématique, moins "grand public", moins envahie par les écrans publicitaires). A cet égard, le succés de Canal+ mérite d'être médité. Enfin, on peut noter ça et là l'émergence d'un usage personnalisé et interactif de la télévision : pouvoir composer "à la carte" son propre programme tout en ne payant que les thémes effectivement choisis ou les séances réellement regardées.
Pour parvenir à équiliber cette nouvelle équation économique, la télévision à péage classique est dépassée. En effet, il n’est pas envisageable d’avoir autant de décodeurs que de chaînes payantes. Que ce soit en termes d’encombrement chez le consommateur ou en termes de coût, il est de l'intérêt de tous de disposer d’un décodeur banalisé unique et de particulariser les droits du téléspectateur dans une carte à puce.
Ainsi, indépendamment des problèmes industriels de développement de bout en bout du réseau de diffusion des télévisions à péage, l’un des aspects cruciaux du projet VISIOPASS réside dans la gestion des titres «Ғассев des consommateurs par le biais des cartes à puce. C’est cet aspect particulier qui est traité par le gestionnaire PAC Manager conçu et développé par SEMA GROUP.
2- LA PLACE D MANAGER D ТЕМ ТОРА.
2.1 - D2-MA R YPT ET VISIOPA
La norme européenne D2-MAC est un standard de télévision améliorée qui constitue la voie d'accés vers la télévision à haute définition.
Sans entrer dans des considérations techniques, le D2-MAC se caractérise pour le téléspectateur par une suppression des bavures, effets de moirage ou de cross color habituels avec les normes classiques en raison de problémes d'intermodulation. Le D2-MAC apporte également un enrichissement de la transmission sonore (4 voies stéréo avec son numérique). Enfin, le D2-MAC permet d'acheminer également des données (journaux télétexte, titres d'acces télédiffusés, ...).
Eurocrypt est un systéme d'accés conditionnel aux services audiovisuels basé sur les principes suivants : indépendance par rapport au réseau, sécurité basée à la fois sur une clé secréte et sur un titre d'accés temporaire, et, enfin, possibilité de cohabitation dans la carte à puce de plusieurs fournisseurs de programme.
L'indépendance par rapport au réseau permet d'utiliser Eurocrypt en association avec D2 MAC aussi bien au travers de réseaux cáblés de vidéocommunication que via un satellite de télévision directe.
230 -
Pour ce qui est de la sécurité, le téléspectateur doit, pour accéder au programme de son choix, disposer à la fois d’une clé secrète idoine et des titres d’accès ad hoc. Dans la pratique, la carte à puce contient en permanence la clé secrète tandis que les titres d'accès sont acheminés par voie hertzienne sur demande du consommateur. La gestion et la télé-inscription de ces titres d’accès font partie des tâches de PAC Manager.
Enfin, la cohabitation possible de plusieurs diffuseurs de programmes payants sur une même carte ouvre la voie à une authentique télévision à la carte. Le téléspectateur pourra ainsi disposer d'abonnements thématiques de séances pré-payées ou d'un crédit d'heure à consommer, … sans se soucier de la complexité technique de l'édifice et sans exagéremment vider sa tirelire.
La norme D2 MAC et le procédé Eurocrypt permettent aux fournisseurs de programmes et aux différents acteurs du marché télévisuels (cablo- opérateurs, ...) de réaliser toutes les applications envisageables de télévision à péage. Le projet VISIOPASS est quant à lui un exemple concret et complet de mise en oeuvre de bout en bout des nouvelles possibilités offertes par la télévision à la carte.
Le schéma suivant illustre la mise en oeuvre du système VISIOPASS et la place qu’occupe PAC Manager au centre du dispositif.
AU COEUR DU SYSTEME VISIOPASS
PAC MANAGER
2.2 - LE ROLE DE PAC MANAGER
Comme on la vu, un des points cruciaux du système VISIOPASS est la gestion des titres d'accès. Un titre d'accès est en quelque sorte un ticket d’accès, un droit d'usage, un privilège individuel qui représente la valeur achetéé par le téléspectateur. Ce ticket est inscrit dans sa carte à puce personnelle et l'autorise où qu'il soit, à voir les émissions auxquelles il a droit.
PAC Manager est la machine chargée de gérer les titres d'accés (d'oü le nom de GTA). Son róle est constitué de multiples missions :
- il gére les demandes de personnalisation de nouvelles cartes à puce,
- il gére les requétes d'abonnement et de réabonnement qui lui sont transmises par les svstémes de gestion commerciale,
- ilfiltre et classe les demandes puis les regroupe avant de fabriquer les titres d'accès et d'en ordonner la télédiffusion vers les usagers.
La distribution des droits d’accés s'effectue via le diffuseur de messagerie des points d'émission. Les titres d'accés élaborés par PAC Manager sont insérés dans le flot d'images télédiffusées et acheminés jusque chez le téléspectateur.
Chez l'usager, le décodeur se charge d'extraire ces messages de gestion (appelés EMM) et d'inscrire les titres d'acces dans la carte à puce de celui-ci.
Le schéma suivant illustre ce mécanisme.
ILLUSTRATION DU MECANISME GENERAL
DÉCODEUR +PC2
DEMANDES D’ABONNEMENT
= 231 =
- 232 –
Un dernier point doit être noté еп се qui concerne le rôle de РАС Manager : ја gestion des titres d'accés est effectuée par le système sans aucune connaissance des fichiers commerciaux des fournisseurs de programmes. П s'agit d'une gestion purement technique de la télédiffusion des droits et donc les critères commerciaux ne sont pas et n'ont pas à être connus de PAC Manager. Ce dernier point garantit aux systémes de gestion une totale étanchéité entre leurs fichiers de clientèle.
3- LE SERVICE OFFERT AUX USAGERS
3.1- ABONNEMENT Dans le contexte de la télévision à péage, un abonnement est une prestation de service facturée en fonction de la durée de disponibilité du service et non en
fonction de la durée effective d'utilisation du service.
Les trois tvpes d'abonnements gérés par PAC Manager sont les suivants :
- abonnement par THEME/NIVEAU, - abonnement par CLASSES, abonnement simple (cas particulier des deux précédents).
Eurocrypt permet aussi le paiement par émission : c'est le "pay-per-view" des anglo-saxons. Dans ce cas, le consommateur па accès qu'au contenu de l'émission particuliére qu'il a sélectionnée. Ceci peut se faire par achat anticipé, en faisant connaitre à l'avance son choix au fournisseur de programme qui téléchargera le droit acheté avant l'émission : ou bien par achat "impulsif', par action du téléspectateur sur son terminal sans avoir à prévenir a priori le fournisseur de programme. Dans ce cas, la consommation peut être organisée en mode pré-payé ou par facturation a posteriori des émissions consommées. Ce mode suppose que les informations inscrites sur la carte à mémoire sont relevées par PAC Manager. Le mode normal de télévision à péage par émission devrait être le mode d'achat impulsif avec facturation aprés consommation.
Eurocrypt permet enfin la taxation des émissions à la durée : c'est le "рау-рег- time" des anglo-saxons. Dans ce cas, l'achat sera toujours impulsif, et le mode de facturation pourra être le pré-paiement ou Іа facturation apres consommation.
ae
Tous les messages techniques sont diffusés au téléspectateur en même temps que le signal vidéo, le plus souvent sous forme brouillée et sont traités automatiquement par le décodeur et la carte à puce sans intervention manuelle du téléspectateur.
ам no нна
А Е УЕ
| PAC Manager peut envoyer des informations individuellement à telle ou telle | carte à puce d’un téléspectateur. En effet, Eurocrypt permet d’envoyer aux | abonnés des messages personnalisés en télétexte. Cette capacité technique | peut être utilisée par les fournisseurs de programme pour un contact actif avec leurs clients.
| Enfin, chacune des émissions diffusées en D2-MAC/Eurocrypt porte un code à | 8 niveaux, qui est affecté à l'émission en fonction de son contenu ou de son | coût. L'abonné au programme (les parents en général) peut décider de rendre | obligatoire l'emploi d'un code secret (le code parental) lorsque le niveau | dépasse une valeur prédéterminée. Il est prévu еп cas d’oubli du code parental | de télécommander la remise à zéro de се code secret dans une carte donnée.
4 - LES PRESTATIONS FOURNIES AUX SYSTEMES DE GESTION COMMERCIALE
| 44 - LES REQUETES DE GESTION
Une requête de gestion émanant du système de gestion commerciale d’un opérateur constitue un tout indivisible et est véhiculée sous forme d’un fichier.
La structure générale d’un fichier de requête de gestion est la suivante :
- préfixe,
- protocole,
- nom du fichier,
- sceau d'authentification, - horodate de la requête, - longueur de la requête, - contenu de la requête.
- 233 ~
gO 0 DO HEN ҚАЛ + ns x
34 -
Le préfixe est un détrompeur qui permet de connaître le fichier. Le protocole précise le type de syntaxe et de sémantique à mettre en oeuvre pour interpréter la suite du fichier. Le nom du fichier est le nom externe sous lequel la requête de gestion est connue du système informatique. Le sceau d’authentification est le résultat du calcul d’authentification portant sur l'identité du SG, sur l'horodate de la requête et sur le contenu exhaustif de la requête de gestion.
Le contenu d’une requête de gestion est constitué de deux sous-ensembles d'informations : les modalités de diffusion et le contenu à diffuser.
Les modalités de diffusion contiennent les paramètres suivants :
- identificateur du fournisseur de programme (PPID), - référence де diffusion (RDIF), - conditions supplémentaires (CSUP).
Le couple (PPID, RDIF) constitue solidairement un critére de sélection des modalités de diffusion (par canaux et par période calendaire) qui sont stockées dans le fichier des références de diffusion de PAC Manager.
Les conditions supplémentaires CSUP représentent des informations dont la signification n’intéresse que le SG demandeur et le PE destinataire. Ce champ CSUP n'est pas interprété раг PAC Manager ; il est transmis tel quel vers le diffuseur de messagerie du PE.
Le contenu 4 diffuser se présente sous la forme d’une liste de titres, de droits et de destinataires. Selon la nature de la requéte (titres d’accés, droits gratuits, RAZ de PIN, invalidation), la présentation de la liste différe quelque peu. La nature de la requéte est précisée dans un préfixe de liste indiquant le type ФЕММ (60, 50, 00. 01, U2). A la suite du préfixe, se trouve la liste proprement dite. La structure de la liste dépend du type G, S ou U et du sous- type 0, 1 ou 2.
4.1.1 - Abonnement
Il s'agit de diffuser des messages de type ЕММ-50 ou EMM-U2 qui véhiculent des titres d’accés (abonnement entre telle et telle date pour tel thème et tel niveau ou pour telles classes). Les ЕММ-50 correspondent à des envois collectifs pour des usagers partageant une adresse commune tandis que les EMM-U2 correspondent à des envois sélectifs pour un destinataire unique.
4,1,2 -RAZ de code porteur
Il s'agit de diffuser un message de type EMM-UO véhiculant une instruction qui remet à zéro le code parental de la carte à puce visée. Les EMM-UO correspondent à des envois sélectifs pour un destinataire unique.
4,13 - Invalidation
Il s'agit de diffuser un message de type EMM-UI destiné à invalider un service dans une carte ou méme une carte complète. Les EMM-U1 correspondent à des envois sélectifs pour un destinataire unique.
4.1.4 - Diffusion gén
Il s'agit de diffuser un message de type ЕММ-С0 véhiculant un titre gratuit d'abonnement. Les EMM-G0 correspondent à un envoi général sans aucun filtrage d'adresse. Tout usager peut recevoir le titre gratuit sans aucune exclusion.
42- у ION
Pour mettre en oeuvre la distribution des droits d’accès par voie hertzienne sous forme d'EMM télédiffusés en méme temps que le signal vidéo, il faut les cartes à puce installées dans les décodeurs grand public soient pré-formattées de manière "ад hoc”. Cette opération de pré-formatage que l’on appelle "émission" et qui consiste à inscrire dans la puce un certain nombre d'indications idoines est un préalable nécessaire à l'usage de la carte par le grand public. Pour effectuer l'émission des millions de cartes à puces PC2 concernées à terme par l'opération, il faut un outil d'émission itérative (OE) spécialisé à cet effet.
Outre les cartes d'abonné, l'OE permet également d'émettre d'autres catégories de cartes PC2 en petite quantité (cartes mères, cartes d’authentification). L'outil d'émission utilise, comme matière première, des cartes vierges livrées par un fabricant après encartage. Sur l’ordre de PAC Manager qui fournit des indications d'émission sous forme de scénario, POE initialise les cartes vierges en y ouvrant une zone "émetteur" et des zones "service". A l'issue de l'émission d'un lot de cartes PC2, l'OE communique à PAC Manager un compte rendu d'émission.
5 - LA CONFIGURATION TECHNIQUE
Système informatique UNIX avec une configuration standard (les premières implémentations utilisent le système d'exploitation 386/IX) :
mémoire RAM,
disque magnétique,
lecteur-enregistreur de disquette MS-DOS 5.25", streamer,
ports série,
accès Х25,
terminaux clavier-écran.
- Système de gestion de base de données relationnelle UNIFY. Sous-système de calcul (550) :
micro-ordinateur MS-DOS avec un accès X25, lecteur de carte à mémoire BULL ТІР 224.
Sur le double plan qualitatif et quantitatif, ces configurations exactes sont déterminées en fonction de l'environnement d'installation et des exigences tonctionnelles et de performances.
Les différents éléments de l'environnement fonctionnel de PAC Manager contribuent à faire circuler les données en provenance de PAC Manager ou à destination de PAC Manager selon quatre axes matérialisés par quatre interfaces (11, 12, 13, 14).
LES INTERFACES AVEC L’ENVIRONNEMENT
OUTIL D’EMISSION CENTRE DE DES CARTES FACTURATION Scénarios et compte-rendus ? | I2
SYSTEMES DE X25
GESTION reques 2 | POIN H
D'EMISSION
Manager
L'interface П est le lien uni-directionnel entre les SG et PAC Manager. Cette interface a pour support un protocole d’échange au-dessus d’une liaison X25.
L'interface 12 est le lien bi-directionnel entre РОЕ et PAC Manager. Elle permet d'échanger scénarios d'émission et comptes rendus d'émission. Cette interface а pour support une disquette MS-DOS de 5"1/4 pouces formattée à 1.2 Moctet.
Linterface I3 est le lien uni-directionnel provenant de PAC Manager à destination du centre de facturation. Cette interface a pour support une disquette MS-DOS de 5"1/4 pouces formattée à 1.2 Moctet.
L'interface I4 est le lien bi-directionnel entre PAC Manager et les PE. Cette interface a pour support un protocole d'échange PAC Manager-diffuseur de messagerie au-dessus d'une liaison X25.
6- CONCLUSION
Actuellement, PAC Manager a été congu pour le mode abonnement, mais il ne demande qu'à grandir et les tout prochains développements sont destinés à prendre en compte le paiement à la séance (pay-per-view) et la téléinscription de nouveaux services.
Le systéme a déjà fait ses preuves dans le cadre des balbutiements du projet VISIOPASS, il ne lui reste plus qu'à croitre et embellir. C'est ce que nous lui souhaitons ici en France mais également dans le monde entier.
-237-
1e PRENDRAI UNE DEMI FINALE DE COUPE D'EUROPE...
"есі ibl V PAC Manager !
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THE NORWEGIAN TELECOM’S SYSTEM
FOR CUSTOMER MANAGEMENT
Jon NORSTEBGEN Norwegian Telecom Administration PO Box 83
2007 KJELLER
NORWAY
Tél : +47 6 809163
ABSTRACT
This paper gives an overview of the conditional access functionality provided by the Eurocrypt-S system.
It summarizes the customer management function which must be provided to perform access control for broadcast services based on the Eurocrypt-S system.
Norwegian Telecom has developed a complete system for customer management based on Eurocrypt-S. The first version of this system is now in operation for D-MAC/Eurocrypt-S transmissions via INTELSAT. The paper gives an overview of the current existing system and the next generation system being developed.
м
TABLE OF CONTENTS
INTRODUCTION
SUMMARY OF EUROCRYPT-S CONDITIONAL ACCESS SYSTEM 2.1 Technical elements
2.2 Conditional access functions
CUSTOMER MANAGEMENT SERVICE FOR BROADCAST SERVICES BASED EUROCRYPT-S
3.1 Summary of customer managment tasks
3.2 Customer management organization and infrastructure NT/EUROCRYPT-S CUSTOMER MANAGEMENT TECHNICAL SUPPORT SYSTEM
4.1 Design rules 4.2 Description of current operational system
4.3 Description of next generation system being developed CONCLUSION
1. INTRODUCTION
Norwegian Telecom (NT) has for several years been involved in Satellite Broadcasting and programme distribution using the MAC/Packet standard. The Norwegian national program, NRK and the two public channels of Sweden, have been distributed to Norwegian viewers using C-MAC since 1984 and 1986 respectively. In the process of introducing conditional access on these transmissions they are now converted to D-MAC which is now the official standard for satellite broadcasting in the Nordic countries.
NT has been one of the leading bodies in the standardization of conditional access system for the MAC/Packet standard. This work has lead to the NR-MSK/EUROCRYPT-G specification which fulfile the known requirements for efficient conditional access using MAC. The specification is now adopted by the NR-MSK/Nordic countries.
NT hag established an organization for customer management which will offer customer and equipment management services to all programme providers using D-MAC reaching Norwegian ground. The management services will be offered for individual reception both in cable networks and DTH.
Based on the NR-MSK/EUROCRYPT-S standard, NT has supported development of all the components which is required in a customer management system. This includes
- in cooperation with KVATRO, development of database systems for efficient customer and equipment management
- in cooperation with Tandberg Telecom, KVATRO and Broadcast Systems Software, development of channel controllers for efficient interfacing to MAC/Packet
multiplexing equipment
- in cooperation with Tandberg, development of MAC receivers based on the Nordic/Phillips/Plessey design of chip sets
- in cooperation with Nordic VLSI, development of CASS
software, starting with a prototype based on a professional high cost component and now using highly secure and low cost smart card processors
The NT customer management system is installed et Nittedal earth station near Oslo and has been operating since October -89. The system is now used for management of the Swedish programmes to Norwegian viewers, but will later be made available to several Programme providers. The customer management system will make Several programmes and channels to be received using the same decoder. The system is cost beneficial being & shared resource between a number of TV channels. The system is able to support programmes being multiplexed and uplinked also outside Norway.
| - 242 -
This paper outlines the requirements for а conditional access system for broadcast services in terms of
~
the technical elements involved the functions which must be provided the organizational structure which is required
the equipment which is needed to perform the customer management
The paper outlines how the technical and functional requirements; are met in the NR-MSK/EUROCRYPT-S specification and by using this specification; how the NT development meets the requirements for; flexible customer management structure performing sales of broadcast services to a large amount of customers.
2. SUMMARY OF EUROCRYPT-S CONDITIONAL ACCESS SYSTEM 2.1 TECHNICAL ELEMENTS
A conditional access system for broadcast services is based on the five basic elements:
1. The scrambling function
2. The encryption and decryption algorithm(s) and key(s) 3. The secure storage device
4. Тһе addressability of the receiver population
5. The upgradability of the functions of the system
The SCRAMBLING FUNCTION is the physical process which is applied to the source signals, i.e. the video and the sound to make it non- interpretable. To make the transmitted signal interpretable any receiver must be equipped with a descrambler unit.
In the MAC system the scrambling function is digital. Active line rotation is applied to the video and a pseudo random bit sequence is applied to the sound. The scrambling function is made time variant by using a Control Word which can be changed every ten seconds.
The ENCRYPTION algorithm is a set of mathematical operations which "spreads" the information of a message іп a way that it is not interpretable. A receiver must have the appropriate decryption key and algorithm to get the message in clear.
To ensure that none of the algorithms, the encryption keys and the entitlements protecting the services are compromised, this information must be processed and stored in a SECURE DEVICE. This is the CASS (Conditional Access Sub System) of a receiver. The CASS performs like a black box. It receives encrypted messages containing keys and entitlements. The CASS returns the right control word for descrambling of the service if the right keys and entitlements are contained in the CASS.
To ensure that each individual receives the correct entitlements, the CASS population must be ADDRESSABLE. To ensure this each CASS has it's own unique identity and a corresponding unique decryption key. If the programme channel has spare digital capacity, messages to each CASS can be transmitted in the channel. This is over air addressing. To make the message transport more efficient, a set of group addresses are defined. Individuals having common entitlements are members of the same groups.
To ensure UPGRADABILITY the CASS functions are separated from the MAC decoding functions. New functions and higher security can be obtained as the capacity of the CASS components increases. Having a detachable CASS component ensures that entitlements can also be distributed to the customer without using over air addressing if this is not applicable.
- 244 -
2.2 CONDITIONAL ACCESS FUNCTIONS
This section gives a summary of the conditional access functions provided in the Eurocrypt-S system.
2.2.1 FUNCTIONS RELATED TO SALES
A conditional access system for broadcast services must support d three basic sales methods:
Т. SUBSCRIPTION to a service ос а subset of the service. 11. PREBOOKING of special programmes or events III. IMPULSE PAY PER VIEW
NR-MSK/EUROCRYPT-S supports all these functions.
The first method: SUBSCRIPTION allows the customer to order a se of services for a certain time period. Subscription services are mostly prepaid. At the end of a period a customer can continue wit the same subscription packet or he can change it. NR-MSK/EUROCRYPT-S offers several subscription modes.
Static subscription mode is suited when the services are offered t the customer for а long period.
When operating a service іп dynamic subscription the customer is allowed to change his subscription frequently. Dynamic subscriptle mode has іп addition many features to make very specific or "tailored" subscription packets available to the customer. Example are subscription to specific programme types or themes, to specifi time slots during the day and to specific service components.
The second method: PREBOOKING is used for sale of specific programme, programme series or special events. Prebooking may be pre- or postpaid. To make prebooking for sale of programmes efficient, a well developed marketing system is required.
The third method: IMPULSE PAY PER VIEW allows the customer to but! set of money tokens to be used for one service or a set of | services. The tokens are consumed as the customer watches the ! programmes. The tokens may be decremented for each time unit or {a each programme, |
To achieve viewing statistics when operating in impulse рау per view mode, some return channel must be available either in the | programme channel, via the telecom network or by use of smart car terminals connected to tbe management system.
2.2.2 FUNCTIONS USING GEOGRAPHICAL AND LOGICAL ADDRESSING
In addition to the sales method the conditional access system must me also support functions which transmits messages to the customer via the channel and efficient methods to ađapt the programme to national legislation. In NR-MSK/EUROCRYPT-S this is implemented by
using teletext assisted by geographical/logical addressing.
Functions using geographical or logical addressing аге
t I. REPLACEMENT 11. PAGE 111. FINGERPRINT | Most of these functions are used in interaction with а teletext service, šet The REPLACEMENT function is used to ađapt the programme to national fe or regional legislation or to restrict the reception of a certain wit programme to the area in which the copyrights applies. Video is replaced with a locally or remotely generated teletext page. The original sound is replaced with another sound channel of specified
language.
The PAGE function is used to send messages via teletext to individuals or customer groups. The page function is suited for direct marketing or to distribute any other information to a customer or group of customers.
The FINGERPRINT function is used to prevent and optionally detect pirate reception and copying of programmes. By a command sent along with the programme 811 or a specified groups of receivers are enforced to print their unique serial number on the screen during a short time interval. Any pirate copy of a programme will contain this fingerprint and can easily be traced to the source of it.
2.2.3 FUNCTIONS RESTRICTING THE ACCESS TO THE CASS/DECODER
To restrict the access to the decoder, Eurocrypt-S offers a mechanism for user authentication.This is obtained by & secret code (PIN code) exchanged іп a user dialogue between the user and the CASS М
шү!
| This user authentication is useful to
- make theft of the detachable CASSes (smart cards) less anii attractive.
| - to restrict the use of the CASS to the owner ог people the | owner authorize
| —-245- н шана ME : " Dies
3. CUSTOMER MANAGEMENT SERVICE FOR BROADCAST SERVICES BASED EUROCRYPT-S
NR-MSK/EUROCRYPT-S offers а set of functions to provide condition access for broadcast services using the MAC standard. A customer | management organization can apply these functions to make the | services and programmes available to a large population of customers. To do this, the customer management must somehow complete the following tasks:
3.1 SUMMARY OF CUSTOMER MANAGEMENT TASKS
І, CASS logistic:
Make the CASS components with the appropriate interfaces, functionality, security and unique addresses and keys available the customer.
II. Programme “logistic” or marketing:
Make the services and programmes known to the customer in @ way that he wants to buy them. The services and programmes may be marketed using a variety of sales methods, prices and special offers adapting to regional or national interests, habits and legislation.
III. Entitlement flow: The transport of encryption keys апа entitlements which ensures that compatible entitlements and keys are contained іп the securit
modules both at the transmitting and the receiving side. In othr, `
words: The CASS content must reflect the entitlement coding of programme. The marketing and sales methods will have large effect! on the entitlement flow.
IV. Money flow:
To ensure that the customer pays at the right time and that the money is shared among the parties involved: copyright owner, programme provider, signal carrier and customer management.
To complete these tasks, the customer management must have a | TECHNICAL SUPPORT SYSTEM which ensures that the right modules ай. the right information are at the right place st the right time. without too much effort and without loss of security and control. |
| In addition the customer management must have the ORGANIZATION AN THE INFRASTRUCTURE to serve both the customer and the programme provider satisfactory.
| NT has developed the technical system which today is used fora? MAC/EUROCRYPT-S operational service. This system is now being | further developed to allow a decentralized organization to handle! large amount of individual customers.
NT has also established an organization which in parallel with th
technical development shall build up the infrastructure which i$ :
required to handle a lot of individual customers. The next secti give more details of the organizational infrastructure and the technical support system which is being developed by the NT.
3.2 CUSTOMER MANAGEMENT ORGANIZATION AND INFRASTRUCTURE
The customer management organization has central and decentral functions. The organization must handle both market related subjects and advanced technical systems. The organization may be divided into 4 parties: the CASS issuer, the Customer Management Centre, the Local Agents and the Service Control Centre.
3.2.1 CASS ISSUER The CASS issuer performs the CASS loading and distribution.
The CASS is the security module of the receiver. A basic CASS contains
- Software which provides the Eurocrypt functionality, the decryption algorithms and the interface protocol to the receiver.
- Storage capacity for decryption keys, customer addresses and entitlements for several channels.
Before the CASS can be used by а customer, some additional information must be loaded into the CASS. The CASS issuer performs
this:
- makes the CASS secure and addressable by loading а unique serial number and a corresponding unique key.
- makes the CASS suited for a country or a programme channel by edding extra functionality and single or multi language capability for user dialogue
- distributes the CASS modules to the right party along with the unique keys to make the party able to load his specific keys and entitlement into the CASS.
3.2.2 SERVICE CONTROL CENTRE
The service control centre is responsible for the "entitlement flow" in the system. The service control centre performs a technical function ensuring that compatible entitlements and keys are contained in the security modules both at the transmitting end the receiving síde. In other words: The CASS content must reflect the entitlement coding of each programme.
The marketing and sales methods will have large effect on the entitlement flow in the system. The degree of decentralization of the management structure will also have effect on tbe entitlement flow. As әп example: If the local agent perform the authorization Of each CASS at his local site, ho needs to have all the programme and service entitlements available on his system. If all the encryption is performed in a central system, the local agent only needs access to the commercial information i.e. the customer and
programme information.
3.2.3 CUSTOMER MANAGEMENT CENTRE
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The customer management centre is responsible for one population CASS modules. This responsibility includes programme logistic, marketing and money flow and entitlement flow in the management structure for one CASS population.
The customer management centre cooperates with the programme provider on marketing of the programmes. |
The customer management cooperates with the service control семь to make the entitlement flow efficient.
To make the services and programmes available to the customer, th management centre has a network of local agents in the regions у has the right to sell the programmes.
The management centre is also responsible for the money flow fra the management structure to the programme provider. The income f the customers is shared among the parties involved: copyright Owner, programme provider, signal carrier, central and local customer management. | | {
3.2.4 LOCAL AGENTS
The programmes are marketed and the customers are authorized usin a network of local agents. The local agent site is the point of sale in the system. The local agent may belong within the same organization as the central management or he may be independent. independent local agent may be cooperating with several managemen centres.
The local agent perform authorization of customers and CASSes on the site, but also through the management centre to the uplink to address remote CASSes over air.
Lon %
ntm
1 М
ent
4.
NT/EUROCRYPT-S CUSTOMER MANAGEMENT TECHNICAL SUPPORT SYSTEM
Customer management of broadcast services із а complex matter. NT has high competence and long experience with such systems.
NT is developing the technical system which is required for customer management of a large number of individual customers for several programme and service providers.
4.1 The
DESIGN RULES
FUNDAMENTAL DESIGN RULES has been to build a system which
is complete system for conditional access, including customer management systems on the transmit side and CASS/Smart Card components for the receive side.
is easy upgradeable in functionality, security and size
fulfils the requirements of programme providers as well as the customers
is able to start from a small low cost centralized system and gradually increase into a decentralized system with a large number of local agents.
is able to authorize customers for services and programmes transmitted from any uplink.
NT has development of all the components which is required in a customer management system. This includes
in cooperation with KVATRO, development of database systems for efficient customer and equipment management
in cooperation with Tandberg Telecom, KVATRO and Broadcast Systems Software, development of channel controllers for efficient interfacing of customer management system to MAC/Packet multiplexing equipment and studio scheduling
systems
in cooperation with Tandberg, development of MAC receivers based on the Nordic/Phillips/Plessey design of chip sets for the professional market
in cooperation with Nordic VLSI, development of CASS software, starting with а prototype based on a professional high cost component and now using highly secure and low cost smart card processors. The smart card is compatible with the 150-7816
standard.
- 249 -
The first version of the NT customer management system is inate) at Nittedal earth station near Oslo and has been operating since october -89. The system is used for management of the Swedish
national programmes which is transmitted via INTELSAT in D-MAC у
4.2 DESCRIPTION OF CURRENT OPERATIONAL SYSTEM Mn MEV (RURACEVETSS t^ Narwagtan viaware |
The current system has centralized all the customer management functions into one database system which perform
- CASS issuing, i.e. loading of unique keys into CASS and storage in database.
| - Entitlement "compiler" which transfers channels, services ən programmes into entitlement coding as defined in Eurocrypt-
- on-line authorization and deauthorization of receivers in static and dynamic subscription mode. (as defined in EUROCRYPT-S). Authorization ія performed by over air addressing in the D-MAC channel.
- replacement and fingerprint functions.
- billing
The system ig operated by a central organization. Customer conta!
is via telephone. The system is now being further developed to allow
| i | | | - secure interfacing to local agents = interfacing to remote multiplexing/uplink point | | | | | | |
|
- 250 - |
i i
| ам ites
4.3 DESCRIPTION OF NEXT GENERATION SYSTEM BEING DEVELOPED
A next generation of this system will make it interface to a large number of local agents which perform the on-line authorization of
the customers and CASSes. New sales functions (prebooking, impulse pay per view) is also added.
The customer management system will make several programmes and
channels to be received using the same decoder. The system is cost benefit being а shared resource between а number of TV channels.
The next generation system will include
CASS ISSUER EQUIPMENT - based оп smart card technology: efficient loading of CASSes
- Based on secure storage components: distribution of CASS individual keys along with the batch of individual CASSes.
EQUIPMENT FOR SERVICE CONTROL CENTRE
- Establish structure of entitlement coding depending on marketing strategy and programme schedule of the programme channel
- Distribution of updated entitlement coding to all customer management centres and to multiplexing sites
SYSTEMS FOR CUSTOMER MANAGEMENT CENTRE
The technical systom for the customer management centre is based on the current existing system. New functions is added on to allow
~ Secure communication with a large number of local agents
^ Secure communication with a number of remote channel controllers sited at the multiplexing point.
- New Sales functions (pay per view)
LOCAL AGENT EQUIPMENT
The Local agent equipment will serve the point of sale for CASS and programme channels for the following functions
- As coordinated from the management entre in cooperation with the programme provider: marketing of available programmes
- Register Customer information, establish method of payment for a Customer. The system will also be able to handle customers
wbo want to be enonymous.
- First time authorization of CASS for one or more programme channels i.e. load the CASS with entitlements
= Mba :
j 5 $ ; 5 T—— —— Se СД €
- Report of sales and authorized CASSes to the management Canty
- Collecting viewing statistics in case of services operated i impulse pay per view mode.
The local agent equipment will be cable of authorizing CASSes on the local agent site but also through the management centre to th multiplexing point for over air addressing of CASSes
CHANNEL CONTROLLER EQUIPMENT
The channel controller equipment is interfacing the on-line studi; scheduling system, the service control equipment and the customer management system. The channel controller provides secure storage Of entitlements and keys for encryption of service management messages as defined in Eurocrypt. The channel controller also contain a buffer for transmission of encrypted authorization messages loaded from the customer management centre.
5. CONCLUSION
Eurocrypt-S is a system which fulfils all the known requirements for conditional access for broadcast services. The full Eurocrypti specification is now implemented and tested and the first commercial products and systems are already available. New
generation of products are being developed.
Norwegian Telecom has today a operational technical system and an organization for conditional access based on Eurocrypt-S. Norwegian Telecom has the strategy to offer these conditional access service to programme provider that want to market their programme to Norwegian viewers. The system is independent of the site of multiplexing.
Openness, flexibility and general interfaces has been the major design parameters of the NT system based on Eurocrypt-S. This make the components in the system modular. Interfacing to MAC decoding equipment at the receive side and to studio and MAC multiplexing equipment on the transmit side is easy to achieve.
| |
UTILISATION DES MÉTHODES D'ACCÈS CONDITIONNEL POUR LA DISTRIBUTION DE DONNÉES
EN NORME MAC/PAQUET
André L. BUELENS, W. VLEESSHOUWER Agence Spatiale Européenne
ESTEC - PO Box 299
2200 AG NOORDWIJK
PAYS-BAS
Tél: +31 1719 84125
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RÉSUMÉ
L'introduction de la diffusion de données en norme MAC/paquet nécessite la définition de nouveaux mécanismes et protocoles, basés sur l'extension des fonctions déjà existantes, L'utilisation des méthodes d'accès conditionnel présente certaines limitations pour les services transmettant de faibles quantités d'information à des destinataires continuellementchangeants, Ces problèmes peuvent être résolus en combinant les méthodes d'accès conditionnel avec les possibilités d'adressage définies dans le protocole de transport des services de données, offrant ainsi toute la flexibilité requise pour les différents modes d'opération.
ABSTRACT
The introduction of data broadcasting in MAC/packet requires the definition of new mecha- nisms and protocols based on the extension of the existing facilities. The use of conditional access systems presents some limitations for services transmitting low volumes of data to constantly changing receivers. These problems can be solved by combining conditional access mechanisms with the addressing capabilities defined for the transport protocol. This provides data services with the required flexibility for the full range of operational scenarios.
TABLE DES MATIERES
1 INTRODUCTION 2 LES SERVICES DE DONNÉES ЕТ LEURS BESOINS SPECIFIQUES 3 L'ACCÈS CONDITIONNEL ET LE PROTOCOLE DE TRANSFERT DE DONNEES 4 ARCHITECTURE ET IMPLEMENTATION D'UN RÉCEPTEUR DE DONNEES OPERANT EN NORME MAC/PAQUET 5 CONCLUSION 6 REMERCIEMENTS
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UTILISATION DES METHODES D'ACCES CONDITIONNEL POUR LA DISTRIBUTION DE DONNEES EN NORMES МАС/РАОМЕТ
A.L. Buelens
j. Introduction
ін diffusion terrestre de télétext, transmis durant le retour de trame d'une image TV, est chose courante dans plusieurs pays Européens depuis plusieurs années. La capacité, relativement modeste, du télétext est fonction du nombre de lignes allouées à ce service entre chaque trame vidéo.
l'introduction des satellites de télédiffusion directe marque une nouvelle ère avec l'avènement d'un nouveau standard de transmission, је MAC/paquet. Le nouveau système, défini par l'U.E.R. et objet d'une directive de la C.E.E. en faisant le standard pour la diffusion directe par satellite en Europe, offre des images vidéo de haute qualité, accompagnées de sons numériques et de transmission de données.
Une ligne, en codage MAC, est partagée entre la transmission en séquence des tignaux de luminance et chrominance, et une salve de données duobinaires tontenant la partie numérique (voies sonores et services de données) du signal. La juxtaposition de ces salves de données sur une trame complète forme Ше sous trame appelée le multiplex paquets. La transmission des données Wwmériques s'effectue par paquets ayant une longueur de 751 bits et différen- tiés au moyen d'une adresse de paquet comprise entre 0 et 1023. Une voie whore est transmise par des paquets ayant une même adresse, allouée au tervice pour la durée de sa présence dans le signal.
Le télétext traditionnel, transmis durant le retour de trame, est toujours Présent et remplace les signaux de luminance et chrominance sur les lignes correspondantes lorsqu’il est transmis. Les services de données, au sens General du terme, utilisent également la structure de paquet et sont transmis fans le multiplex numérique. De même que pour les voies sonores, la distinc- Поп entre différents services s'effectue au moyen de l'adresse de paquet qui reste fixe pour un service durant tout le temps de sa présence dans le signal. Ainsi défini, 16 signal MAC/paquet est un multiplex de différents services dont la structure varie en fonction du temps. Pour cette raison, un système d'identification des services, transmis avec ипе adresse de paquet égale à 1070, informe le récepteur sur la configuration à adopter suivant les services ана, Le standard MAC/pacquet prévoit les différents mécanismes permet- | d effectuer un contrôle de l’accés aux différentes composantes du signal » Permet de définir, de façon dynamique durant la transmission, les groupes utilisateurs autorisés à recevoir un service. Ce sont les méthodes d'accés conditionnel .
Eu un mode d'opération, dit plein canal; permet en l'absence de | е de remplir la totalité de la trame avec des paquets de données. ма binaire total du canal devisnt dans ce cas 10,125 ou 20,25 Mbps Me ivement 02 ou D МАС) à comparer aux 1,5 ou 3 Mbps (respectivement 02
MAC) disponibles en mode normal.
— 255.
Le travail de définition des standards MAC/paquet s'est effectué en plusieur étapes. Une première étape vit 1а spécification des protocoles pour ln services dit traditionnels: vidéo, voies sonores et télétext dans le retour ф trame. Cela comprend les règles de codage, la définition de Та voie d'identi. fication des services (paquet 0) et les méthodes d’accés conditionnel. L'introduction des services de données nécessita une extension de la nom pour définir une structure de codage propre et l'adaptation des facilité existantes à leurs besoins spécifiques.
2; Les services de données et leurs besoins spécifiques
Le terme service de données recouvre, sans aucune restriction, tout | d'applications possibles et imaginables. Еп se référant au modèle de 17150, | protocole MAC fournit les fonctions de transport correspondant aux couches |j 3. les niveaux supérieurs demeurant entièrement la responsabilité du four nisseur de service. L'exemple le plus simple est le transfert d'un fichier à données. Mais le service peut aussi faire appel à un protocole d’applicatin défini selon les couches 4 à 7 du modèle de 17150 et adapté à la transmissin unidirectionnelle, si nécessaire.
Dés lors on peut imaginer différents scénarios d'utilisation de cette fonctin de transport qui peuvent être regroupés en deux catégories:
- Dans un premier scénario, le fournisseur de service transmet l'inforse tion de façon continue à une population d'utilisateurs importante в figée dans le temps.
- Le second scénario est celui dans lequel le fournisseur de service envit un court message destiné à un groupe restreint d'utilisateurs ou mèmi un utilisateur unique. Dans ce second scénario, la définition deli destination change à chaque nouveau message.
Nous voyons donc que les deux paramétres qui permettent de caractériser й service de données sont la longueur, ou la taille, de l'information à trum mettre et le nombre d'utilisateurs à qui l'information est destinée.
Les principes de base qui ont guidé le développement des protocoles pour ii transmission des services de données sont les suivants:
- utiliser autant que faire se peut les structures déjà existantes, dif nies pour le MAC/paquet; | Е développer un système de transmission entièrement indépendant de il nature des services et fonctionnant de façon totalement transparentes z définir uniquement les fonctions de transport des données, et fourni! suffisamment de flexibilité dans l’opération du protocole que pour atr riser différents modes de transmission en fonction des besoins propres # chaque service; ex = concevoir un protocole suffisamment résistant que pour opérer en diffs sion, c'est à dire par définition sans ligne de retour des utilisateur vers le transmetteur. Partant de ces idées de base et afin de satisfaire les différents scéni? décrits plus haut, les facilités suivantes sont requises pour le protocol’ transmission:
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= pouvoir détecter et/ou corriger les erreurs afin de pal aris? s erit
unidirectionelle de la transmission. Pour ce faire, les fonction antes, codage de Golay et/ou CRC sont réutilisées; "er = l’embrouillage de certains services, pour des raisons de sécurité 0 redevance, suivant les méthodes existantes d’accés conditionnel;
~ 256 …
«fournir, pour les applications faisant appel à la transmission de messa- ges, une méthode d'adressage performante à l'intérieur d'un méme service; : le contrôle de la réception, afin que l'utilisateur puisse s'assurer, au moyen d'un systéme de numérotation des paquets, d'avoir recu toute l'information; - et enfin, l'extension du protocole de la voie d'identification des services afin d'accommoder le grand nombre de services de données pouvant
coexister dans le multiplex et afin de fournir la description nécessaire à l'interprétation(*).
Les idées et expressions des fonctions requises ont été ensuite affinées pour aboutir à des définitions suffisamment détaillées que pour être transposées
immédiatement en structures de codage et fonctions supportées par le protocole de transport.
3. L'accés conditionnel et le protocole de transport de données
Le principe régissant les méthodes d'accès conditionnel définies pour les standards MAC/paquet, repose sur la définition d'une hiérarchie de clés, utilisées pour définir les groupes d'utilisateurs autorisés à recevoir un service, le niveau le plus élevé servant à transmettre le mot de contrôle permettant le désembrouillage (voir figure 1). Ces mots de contrôle sont changés à intervalles réguliers, approximativement toutes les 10 secondes. Les mécanismes, définis au départ pour les composantes traditionnelles (image, tons et télétext), peuvent être étendus et utilisés pour chaque service de données dont l'accés doit étre contrólé.
Les mots de contróle et les clés d'autorisation sont transmis aux utilisateurs б utilisant une partie de la capacité du multiplex paquets. C'est ainsi que la transmission des clés d'autorisation d'un service requiert un nombre de paquets proportionnel à la taille du groupe à définir; tandis que les besoins т capacité pour la transmission des mots de contrôle sont fixes dans le temps, pour toute la durée d'un service. On voit donc que la capacité supplé- méntaire, requise par service, pour l'accés conditionnel est directement liée à la taille du groupe d'utilisateurs. Donc ces systèmes seront particulière- ment adéquats pour les services ayant une durée de vie, ou une quantité d'information à transmettre relativement importante. En effet, dans ce cas le nombre de paquets nécessaires pour transmettre les autorisations sera une faible fraction du nombre total de paquets transmis pour ce service. Par contre dans le cas des services envoyant de courts messages à des groupes, nme restreints d'utilisateurs, le rendement d'utilisation du canal pour les données diminuera d'autant plus que le message sera court.
Ceci devient d'autant plus critique, que le nombre de services opérant simul- 'anément de la sorte augmente. Cependant cette contrainte reste vraie pour tout Système utilisant le canal de transmission pour la définition dynamique d'un groupe d'utilisateurs.
Une autre limitation inhérente aux systémes d'accés conditionnel définis pour le MAC/paquet est l'impossibilité de modifier l'autorisation d'accès à un autre moment que celui du changement de mot de contrôle (toutes les 10,24 secondes). On voit donc que pour les services de type transmission de messa- 95, le système d'accès conditionnel devra être complété par un autre mécanis- M permettant, pour l'adressage, une résolution au paquet prés. Ceci est rendu
ule grâce au protocole de transmission défini pour les services de "лева.
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(*) NOTE; L'approbation du protocole pour l'extension de la voie d'identifi-
cation des services est actuellement en cours de réalisation au sein de PUER.
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Le système de transport défini pour les services де données repose sur la structure de paquet déja existante: paquet de 751 bits dont les 23 Premiers constituent l'en-tête fournissant l'adresse du paquet, suivit de l'octet pr décrivant le type du paquet, les 720 bits restants formant le champ disponibli pour les données. Le type de paquet distingue les paquets d'informatig embrouillés, ou non, et les paquets d'interprétation. Dans le cas le ріш général, les 720 bits ou 90 octets sont disponibles pour la transmission et la correcte interprétation des données repose sur un accord préalable entr source et réception. D'autres mécanismes offrant plus de flexibilité ont également été définis (voir figure 2).
Un second en-tête facultatif et de longueur variable peut être utilisé ц début du champ de données pour tous les paquets d'un service. Le premier octe de l'en-tête (FD) est un descripteur de format indiquant lesquelles des fonc tions possibles sont utilisées pour la transmission. Les options disponible sont les suivantes:
- une extension d'adresse de longueur variable permettant de définir ің sous-entités au sein d'un méme service. Le second niveau d'adresug peut être utilisé pour 1а transmission de messages. Dans ce си, l'adresse étendue est égale à l'identification d'un utilisateur ou (у groupe d'utilisateurs. Alternativement, cette adresse étendue peut diffi- rencier différents sous-services au sein d'une méme transmission;
- un compteur de paquets (SC) permettant à l'utilisateur de vérifier li continuité et l'absence éventuelle d'une partie de l'information, и compteur de paquets suit immédiatement l'extension d'adresse, ou e l'absence de cette derniére l'octet FD;
- une longueur de segment (SL) indiquant la longueur de l'information transmise lorsque celle-ci ne remplit pas un paquet complet.
La combination des méthodes d'accès conditionnel et de l’extension:d'adrest fournit la flexibilité demandée pour les services de messagerie. L’accts conditionnel limite l'accés au service pour l'ensemble de tous les utilisr teurs et groupes d'utilisateurs recevant des messages, tandis que 1’adressa d'un message, destiné à une fraction seulement des abonnés au service, s'effectue au moyen de l'adresse étendue définie dans le protocole de trans port. L'introduction de nouveaux abonnés au service s'effectue d'abord N niveau de l'accès conditionnel avant de pouvoir transmettre un message ШШ nouveaux venus.
Dans le cas d'un message destiné à un utilisateur unique, l'adresse ШИ définie pour l'accés conditionnel peut étre réutilisée comme adresse étendus dans chaque paquet. Les adresses de groupes d'utilisateurs peuvent ét connues à l'avance, par souscription, ou bien chargées dynamiquement via V paquet d'interprétation adressé à chaque membre d'un nouveau groupe. 107500 les adresses sont connues à l'avance, cela permet de s'affranchir du surplus de transmission nécessaire а la création d'un groupe.
Lorsque les groupes sont créés dynamiquement, le surplus de transmisit devient comparable au surplus généré par l'accés conditionnel. Cependant le temps de réponse restent inférieurs à ceux nécessaires pour le traitement Ж messages d'autorisation par le module d’accés conditionnel. Une sélectif basée sur l’adresse étendus permet, si nécessaire, de changer de destinatii"! à chaque paquet.
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Cependant l'utilisation de l'adresse étendue ne fournit pas le même degré de sécurité que les mécanismes d'accés conditionnel. En effet, tous les abonnés d'un service peuvent théoriquement avoir accès à tous les messages, méme ceux qui ne leur sont pas destinés. Lorsque cet effet devient par trop critique, il peste toujours la solution d’embrouiller les données au niveau de chaque message. En général la combination de ces deux mécanismes fournira toute la flexibilité nécessaire pour la transmission des services de données suivant de nombreux scénarios d'opération.
4, Architecture et implémentation d'un récepteur de données opérant en norme
MAC/paquet
Un récepteur de données en norme MAC/paquet est constitué de deux ensembles. le premier effectue la réception du signal et son traitement suivant les protocoles MAC/paquet. Le second interpréte les données recues en fonction d'un protocole d'application et restitue l'information à l'utilisateur.
Certains récepteurs seront dédiés à une seule application alors que d'autres pourront supporter plusieurs applications différentes. Ces derniers seront implémantés autour d'un ordinateur personnel (de type PC) qui contrólera 1а réception du signal MAC, l'extraction d'un ou plusieurs services et supportera le traitement des données par différents logiciels d'applications. Un ordina- teur personnel autorise une approche modulaire des applications supportées par simle ajoute de logiciel et offre un maximum de flexibilité dans l'allocation et l'utilisation des ressources.
La configuration d'un récepteur de données est présentée à la figure 3. Elle comprend:
une antenne à 12 GHz avec la conversion en fréquence intermédiaire;
un récepteur et démodulateur, pouvant éventuellement être intégrés sur la carte de décodage MAC/paquet;
~ le décodeur MAC/paquet, supportant les standards D et 02, remplissant toutes les fonctions relatives au traitement du protocole de transmission des données. Ce décodeur est développé sur une carte connectée à un des ports d'extension du PC;
l'ordinateur personnel, contenant la carte spécifique pour le MAC et servant d'interface avec l'utilisateur pour le contrôle du terminal et la sélection des services de données. Le PC effectue également le traitement des données suivant les différents logiciels d'application disponibles; les données, une fois traitées, sont restituées à l'utilisateur sur des Périphériques adaptés aux types d'applications supportées.
l'architecture et la réalisation de la carte d'interface opérant les fonctions spécifiques du protocole MAC requiert une attention toute particulière. En tffet, le traitement et l'interprétation du protocole MAC doivent s'effectuer t temps réel pour des données arrivant en salve, pour le mode normal, ou en
ни dans le cas du plein canal, а 10,125 ou 20,25 Mbps (respectivement 02 “ ).
а Sélection de 1'адгеззе de paquet, le désembrouillage lié à l'accès condi- tionnel et le filtrage basé sur l'adresse étendue de paquet s'effectueront en Sequence pour Chaque paquet arrivant dans le récepteur comme représenté à la figure 4. Un mécanisme de stockage intermédiaire entre les fonctions MAC et le bus du PC doit être prévu car le nombre de paquets et/ou messages destinés a V тӛте utilisateur peut varier jusqu'à atteindre la pleine capacité du canal. E l'état actuel de la technologie des PC ne leur permet pas d'absorber
Jéfiniment des données à 20,25 Mbps, alors que la carte d'interface, elle, iu Pouvoir maintenir ce rythme de travail. La carte d'interface supporte o 9ment le module d'accès conditionnel soit via un interface vers un module
arne, soit intégré à méme la carte (circuit spécifique ou lecteur intégré * cartes à microprocesseur).
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5. Conclusions
La réception de données transmises suivant le standard MAC/paq domaine en pleine évolution. L’extension des protocoles MAC ainsi que | développement de terminaux pour la réception permettront 1а démonstration фу possibilités de tels systèmes. : La combinaison des différents mécanismes offerts par les systémes dual conditionnel et les différents modes d'opérations du protocole de transport | permettent de couvrir tous les types et scénarios de services de fum performante.
L'introduction des cartes à microprocesseur pour le contrôle de Гай autorise l'utilisateur à opérer un terminal dans la totalité de la zone 4 couverture du satellite simplement en introduisant sa carte dans le module 4
lecture. Ceci permet d’ajouter la notion de transportabilité à la game. ің possibilités offertes aux utilisateurs.
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6. Remerciements
Le système de diffusion de données en norme MAC/paquet décrit dans ce docuns est le résultat du travail de nombreuses personnes. Les résultats fur obtenus grace aux efforts de l'Union Européenne de Radiodiffusion pour à définition d'une approche commune, à la compagnie "British Satellite Brow casting" pour leur aide dans la préparation des propositions de protocoles и finalement aux industries Européennes participant au développement des teni naux de réception de données. Des remerciements tout particuliers sont à adresser a MM H.-H. From и W. Vleeshhouwer de l'Agence Spatiale Européenne pour leur participation actiu et leur aide apportée à la rédaction de ce document.
SECTE ни E
75 Références
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[2] Spécification du systéme D2-MAC/paquet. TOF, septembre 1985.
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[4] EUROCRYPT Scrambling and Conditional Access System. EBU - GT V2/SPEC 1049 (Issue 2), 21st October 1988.
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6» »BE—E EE
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-261-—
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EUROCRYPT-S SMART CARD
FOR MAC/PACKET TELEVISION
Ole HANSVOLD Njárd HESTNES Norwegian Telecom Administration NORDIC VLSI PO BOX 83 PO Box 79 2007 KJELLER 7079 FLATÁSEN NORWAY NORWAY
Tél : +47 6 809859 Tél : 447 7 986211
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ABSTRACT
This paper presents two security modules designed for conditional access of MAC/packet transmissions. The implementations are based on the Eurocrypt-S conditional access standard. The first generation security module includes all modes and functions specified in the standard, It has been a valuable tool for verification of Eurocrypt-S. However, this component is relatively expensive, so it is likely to be used only in cable-head receivers and other professional equipment.
In order to get a security module tailored for the consumer market a Smard Card version has been developed. The Norwegian Telecom Smart Card offers basic subscription modes a well as the more advanced "impulse-pay-per-view" option. It can serve up to 20 independent scrambled services, and up to 10 independent programm providers. In addition to its high security level it also incorporates a general interface with a powerful user-card dialogue.
TABLE OF CONTENTS
1 INTRODUCTION 2 ARCHITECTURE OF A MAC RECEIVER INCORPORATING CONDITIONAL ACCESS 2.1 Open receivers 2.2 The basic receiver 2.3 The security module 3 FIRST GENERATION EUROCRYPT-S SECURITY MODULE 4 SECOND GENERATION EUROCRYPT-S MODULE, THE NORWEGIAN TELECOM SMART CARD 4.1 Interface 4.22 Conditional access functions іп ROM core 4.3 Enhanced functions which can be loaded into EEPROM 4.4 Security features 4.5 Card economy 5 FUTURE SECURITY MODULES
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i. Introduction Norwegian Telecom has been a pioneer in the use of MAC services :
• In 1984 Norwegian Telecom started the first regular MAC transmissions in the world, including both a TV and several sound services.
¢ Currently Norwegian Telecom operates three D-MAC channels. The Eurocrypt-S/ NR-MSK conditional access system is used to control the access to two of them, the Swedish Kanal 1 and TV2, Norwegian Telecom collects subscription fees for ac- cess to these channels.
Norwegian Telecom has established a commercial subsidiary, NOTEKA, in order to manage the subscribers for these channels. NOTEKA offers customer management to all program providers who want to use its infrastructure.
The Nordic national broadcasters and the Nordic telecommunications adminstrations, including Norwegian Telecom, have been much involved in the specification of the Eurocrypt-S/NR-MSK conditional access system for MAC,
Norwegian Telecom and the Norwegian companies Nordic VLSI, Tandberg Telecom and ELAB- RUNIT have also been pioneers in the development of MAC system components :
• Three custom VLSI circuits tailored for consumer C/D/D2 MAC receivers. The chipset is marketed by Philips Component and Plessey Semiconductor. The chips are known as the “Philips/Plessey/Nordic chipset”.
+ C- and D-MAC receivers. The D-MAC receivers incorporate the Eurocrypt-S con- ditional access system. The receivers are marketed by Tandberg Telecom.
• А first generation Eurocrypt-S/NR-MSK conditional access sub-system (CASS). This is the security module for a conditional access MAC receiver. The security mo- dules are marketed by Norwegian Telecom.
* A MAC encoder incorporating conditional access. The encoders are marketed by Tandberg Telecom.
“ А system for administration of subscribers in a conditional access system. The customer management system will be marketed by KVATRO of Norway.
These components together form a complete system for conditional access of MAC transmissions. Current activities aim to upgrade the system to be able to administer very large subscriber popula- tions. Some of the activities are :
* Development of a cheap Smart Card security module for Eurocrypt-S/NR-MSK. Prototypes are ready from the manufacturer this summer, volume production is planned soon thereafter. The cards will be marketed by a Norwegian Telecom sub- sidiary.
| * Development of a distributed system for management of subscribers.
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2. Architecture of a МАС гесеіуег incorporating conditional access MAC receivers with conditional access should satisfy some particular requirements. 2.1 Open receivers
Open receivers implies that the consumer may subscribe to any conditional access service, іе the receivers are not limited to a specific program provider. The receiver designs should be based и
a standardized open specification so that receivers can be produced by any receiver manufacture in order to avoid that one manufacturer obtains a monopoly position.
The early scrambling systems have in general provided a low security level and they have neither been flexible nor compatible. This is one of the reasons for the slow development of the satellite. TV/pay-TV market as the public awaits the systems to become more standardized.
The development of a standardized open system MAC receiver which allows the consumer t
freely select his programmes is a most important factor for the satellite TV industry to reach is potential.
2,2 The basic receiver
А MAC-receiver consists of three main parts; the transmission system, the descrambling system and the decryptior/entitlement checking system.
The MAC transmission- and descrambling systems are standardized. They can therefore be gathe- red in the same box, the basic receiver. This represents no security risk provided that the comple xity of the scrambling is adequate, i.e. it must be infeasible to make cheap devices which аге сара ble of descrambling the scrambled signals without authorised control information.
The basic receiver receives scrambled or open access baseband vision and data signals. It outputs descrambled RGB vision, sound and data signals, The basic receiver has also interfaces towards the security module which performs decryption/entitlement checking, and the user (screen and e mote control).
The information that is sent from the basic receiver to the security module are data-packets (SMM, CMM or ECM, EMM). The security module will return the control words necessary to descramble а service provided that it contains the appropriate decryption key and entitlement. The security 2 dule may, based on the content of the packets, impose replacement/blackout of a service or finger printing of the picture to take place. It will also provide packet-addresses for the basic receiver. The user interface should, in addition to channel selection, teletext and various control functions, also include communication with the security module in order to enable the user to check his er titlements, dates for when his subscription expires, token status, etc,
The basic receiver may have an identity in order to get a more secure country-by-counuy control However, this identity scheme should not limit the basic receiver to a specific program provides i.e. close it.
2.3 The security module
The decryption/entitlement checking system requires a high level of security, i.e. it should пей | by physical nor logical means be possible to extract decryption keys or manipulate entitlements А | very flexible solution is obtained if the decryption/entitlement checking system resides in a chep
Separate security module. Whereas the basic receiver is expected to be compatible for a long ше. а cheap detachable security module allows the decryption/entitlement checking system to be ир
код mm better or E difese азау more often. This шшс is also un el in = ue that ard ц
do pelto his basic receiver, turer 3, First generation Eurocrypt-S security module
Р Norwegian Telecom and Nordic VLSI have, based on the Eurocrypt-S standard for conditional ас- iter cess of MAC/packet transmissions, developed software for two security modules.
ue The first complete Eurocrypt-S security module was ready in June 1989 . Its software includes all Қ modes and functions specified in the standard. ^ The simplest mode of Eurocrypt-S is denoted "Static subscription". Its main advantages are sim-
plicity, minimum data overhead (no SMMs or ЕСМ5 are transmitted), and support for many inde- pendently scrambled services. The disadvantages аге no replacement/blackout facility and no date checking. Static subscription is simple both to install and to operate on the transmission side. It is ilem also suitable for PAL encryption systems.
АН other modes use Service Management Messages (SMM or ECM) to send the control words
the | needed for descrambling. "Dynamic subscription" is the most flexible mode which offers a wide ple | range of possibilities including subscription per service element, e.g. subscription to sports and ірі» news but not films in a channel, “pre-booked programme”, “impulse pay-per-view”, etc, This
mode covers most modes of the Eurocrypt-M standard. The “Turbo dynamic subscription” mode reduces the storage requirements in the security module at the expense of more Customer Mana- idi gement Messages (CMMs or EMMs) in the MAC-packet multiplex. m "Impulse pay-per-view” (IPPV) use tokens inside the security module to pay for the programs. Pro- | grams may be bought per time unit (10 sec) or per program. The price of а program is defined by M, the program provider. Token store in the security module can be updated over-the-air or by other ble means. ne | The software was implemented in a DS2250 MCU from Dallas Semiconductor. The DS2250 in- е. | corporates 32Kbytes of battery backed RAM, and an Intel 8051 compatible CPU running on 2 12MHz, so it is а relatively powerful MCU. ns, | The 052250 implementation has served as a valuable debugging tool for the Eurocrypt-S specifi- ex | cation which now is fully verified. It bas also been vital for testing the Tandberg Telecom encoder equipment as well as the complete conditional access system. The test setup was complete withen- | coder, satellite-link and decoders located several places in Europe under different climatic condi- ет, | tions, The duration of the test period was more than a year. | Тһе МАС receivers made by Tandberg Telecom contain the 052250. These receivers are in daily use, mainly by cable network operators in Norway and Sweden.
е | The main disadvantage of ће DS2250 is that it is expensive for the consumer market. However, A. for cable-head receivers and other professional equipment it is a good and available alternative. Pi 4. Second generation Eurocrypt-S security module, the Norwegian
Telecom Smart Card
In order to get a more cost effective security module, the DS2250 software has been modified to be run on a Motorola MC68HCOSSC21 Smart Card MCU. The -SC21 has 6Kbyte of ROM and 3Kbyte of EEPROM. The core Eurocrypt-S functions reside in ROM, while enhanced functions can be loaded into EEPROM. This makes it easy to tailor the card for specific requirements.
269 —
4.1 Interface
The format of the Norwegian Telecom Smart Card and its contacts conforms with the ISO 7816 standard for Smart Cards. The card also incorporates the transmission protocol specified in 150 7816.
The application protocol, i.e. the application data being transported by the transmission protocol, is very powerful and as simple as it can possibly be. Eight commands are defined, only one of these are Eurocrypt-S specific, the others сап be used to communicate with a Eurocrypt-M or a Euroci. pher card. This general approach is therefore a step towards making the basic receiver more trans- parent for the encryption system.
The basic receiver sends complete packets (SMM, CMM or ECM, EMM) unprocessed to the card, i.e. the only concern of the basic receiver is to pick out the right packets and send them to the card. As a result of the processing of a packet the card returns control words for the descramblers, repla- cement or fingerprinting information and/or text to be displayed on the screen.
The application protocol also incorporates a powerful user-card dialogue. The card, rather than the basic receiver, supplies menus to be displayed on the screen, Selections made by the user which concern the card are not interpreted by the basic receiver, thus making the user-card dialogue in- dependent of the specific receiver implementation. The basic receiver is just a transmission medi- um for the information being exchanged.
The mechanism allows new menus to be issued with new card generations, This is particularly use- ful for the customer management as they will only have one set of menus to relate to when they get inquiries from the users. On the other hand, if the menus are different for each receiver manufac- turer and each receiver generation, the task of guiding a subscriber through a set of menus becomes more time consuming.
The user-card dialogue also allows the different program providers to define their specific menus, or specific information e.g. their new telephone number or an advert, to be put into the cards. Cards with menus in the appropriate language can be issued in different countries.
The fact that all the processing of the packets takes place in the card and that the menus for the user-card dialogue are provided by the card makes the basic receiver easier to implement.
4.2 Conditional access functions in ROM core
The ROM program in the Norwegian Telecom Smart Card includes the Eurocrypt-S functions
“Dynamic subscription”, “Static subscription", replacement/blackout and fingerprinting determi- ned by geographical location or other criteria, and addressed tcletext messages to individual users
or groups of users.
43 Enhanced functions which сап һе loaded into ЕЕРКОМ
The Norwegian Telecom Smart Card have a programming function which allows additional com- mands and conditional access functions to be loaded into the EEPROM. These enhanced functions include “impulse pay-per-view “ per time unit or per program, viewing history function to be used in conjunction with pay-per-view in which the card stores program numbers which can be dumped when the card is reloaded, and user menus.
It should be noted that “impulse pay-per-view” requires non-volatile memory (e.g. EPROM o EEPROM) for secure operation. “Impulse pay-per-view” per time requires that the “token-tank kept in non-volatile memory is charged every 10th second. EPROM can only be written once when
embedded into a card, so with current technology only cards containing EEPROM can be used for 16 this subscription mode.
50 Also special functions required by а program provider can be developed and put into EEPROM. ol, 44 Security features
ese The security module must incorporate secure storage of program and data, and secure execution of ci its software. The security aspect can be divided into logical security and physical security.
d Logical security includes issues like the security level the crypto-algorithm provides and secure
programming, i.e. insure that it is not possible to manipulate the card to reveal any of its secrets by rd, giving it unauthorised input.
rd, All communication of sensitive information to and from the Norwegian Telecom Smart Card is en- la crypted, thus keys never exist in plaintext outside the card. Fusible links permanently prevent ac- cess to the manufacturing test mode. The ROM or EEPROM contents can therefore not be dumped on the communication port undeliberately.
је ch Physical security includes techniques which are used to resist attempts to exhaust secrets by phy- т. sical attacks like probing and use of electron-microscope. The Norwegian Telecom Smart Card has
chip with CPU, VO, program and data memory all on a single piece of silicon. No extemal buses
a high level of physical security. It contains a single chip micro-controller unit (MCU) which is а с exist except for a serial I/O line controlled by the internal program. et The internal buses are less than 2 micrometer wide, and therefore only very sophisticated equip- 4 ment may be able to tap these buses. In order to access the buses at all а so-called passivation layer 5 must be removed successfully by chemical etching. АП keys and entitlements are stored as charges in EEPROM. The MCU also have special security М features like low frequency detection to insure а certain speed оп the internal buses, low power detection, etc. А 45 Card economy | Single chip MCUs designed for security applications offer the optimum trade-off between security, functionality and price. They are therefore well suited for consumer applications in which security is an issue, : | In order to obtain the most cost-effective solution the same card should be shared between several М program providers. This is not always easy to achieve in practice as program providers are compe- titors. However, co-operation between program providers іп non-conflicting markets are likely, it i will also be established customer management organisations which provide the infrastructure for | management of customers on behalf of many program providers, e.g. program providers who pre- У | fer to have а small organisation, and program providers whose position in the market in a particular T area makes it inprofitable to maintain their own customer management there. 4| The Norwegian Telecom Smart Card can serve up to 20 independent scrambled services, and up d to 10 independent program providers.
The Norwegian Telecom Smart Card has dynamic allocation of EEPROM data memory. This me-
ans that a key or an entitlement mav be created and erased as appropriate. i.e. the card can be reu-
| sed. This is an advantage for the card issuers as the cards will not have to be replaced as often as У | EPROM cards. The Norwegian Telecom Smart Card can be updated over-the-air or via terminal. Infrastructure for
* "-
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initialisation/reloading of cards via terminal are now being developed by the Norwegian Telecom. 5. Future security modules
А$ the market develops there will probably be demand for both very low cost cards which contains entitlements for just a particular event, e.g. the Olympic Games, and for advanced cards which al- low the program providers to run very flexible services.
Future products from Norwegian Telecom will include useful subsets of ће 052250 and the -SC21 implementations. By having complete implementations of the Eurocrypt-S running on the most po- pular Smart Card MCU cores (8051 and 6805) new products which meet certain demands can ea- sily be developed.
Generic cards may also be developed, but for the moment the advanced pay-TV applications tend to use all the memory available in the MCUs.
– 272 –
CONDITIONAL ACCESS FOR OFF-AIR AND LOCAL GENERATED PROGRAMMES
IN CABLE TV NETWORKS
Helge STEPHANSEN Tandberg Telecom a.s.
Box 333
1473 Skârer
NORWAY
Tél : +47 2 973170
~ 274 -
АВЅТКАСТ
The portion of television viewers who get their programmes by cable is large апа steadly increasing. Cable networks need special consideration when implementing conditional access. The cable operator is interested in how business will be affected by the increasing use of scrambling for satellite broadcasting. Likewise the programme provider will be affected by how his signal is handled in cable networks, especially if there are any security risks. At present there are three options for encrypted signals in cable networks : decrypt at the head end, distribute the encrypted signal transparently without changing the scrambling, or re-encrypt the signal with another system. TANDBERG Telecom make MAC receiver/decoders for this signal processing. More advanced units are described, e.g. equipment that can multiplex entitlements for the cable network into the off-air MAC signal.
RESUME
Le nombre de téléspectateurs qui reçoivent leurs programmes par câble est déjà considérable et augmente toujours. Les réseaux câblés ont besoin de considération particulière quand on introduit l'accès conditonnel. L'opérateur de câble s'intéresse à la façon dont est touché је marché par l'utilisation plus extensive de brouillage pour une diffusion par satellite. Le fournisseur de programme sera aussi touché par la manière dont son signal est traité dans le réseau câblé, particulièrement s'il y a des risques de sécurité. À présent il y a trois possibilités pour les signaux cryptés dans les réseaux câblés : décrypter la tête, distribuer le signal crypté de façon transparente sans changer le cryptage ou recrypter le signal avec un autre système. Des unités plus avancées sont décrites, par exemple des équipements qui injectent les autorisations particulières pour le réseau câblé dans le signal MAC reçu par air.
TABLE OF CONTENTS
1 INTRODUCTION L1 Cable Networks 1.2 Significance of Conditional Access in Cable Networks... 1.3 Advantage of Cooperation between Cable Operator and Programme Provider 2 EQUIPMENT FOR MAC SIGNALS IN CABLE NETWORKS 2.1 Reciever and Decoder Equipment 2.2 Encoding Equipment
CONDITIONAL ACCESS FOR OFF-AIR AND LOCAL GENERATED PROGRAMMES IN CABLE TV NETWORKS
Helge Stephansen, Tandberg Telecom a.s., Skdrer, Norway Tel. +47 2 97 31 70
1. Introduction
Encryption of television was introduced in cable networks to earn revenue from locally-inserted programmes such as movies. At that time the programmes available off air were transmitted in clear and could be freely accessed by anyone. Of course in some countries an annual subscription fee is imposed for the national programme(s). In recent years this situation has changed. More and more satellite and terrestrial television channels are encrypted. This serves two purposes, one is to protect the signal against reception outside the area for which rights have been acquired and the second purpose is to gain income from subscription and pay-per-view services. Access control will play an important rôle in satellite broadcasting due to the large audience able to pick up the signal, and will continue to be valuable for terrestrial broadcasting.
1.1 Cable Networks
Cable networks are an efficient means of feeding many television programmes to a large number of viewers. Cable networks are increasing in size and number and will carry more and more channels to more and more subscribers. The networks range from small master antenna networks to large ones with around a hundred thousand outlets. The small networks can not afford to set up their own customer management systems so they are restricted to relaying the signal received off-air. For the large networks, however, the cost of a subscriber management set-up can be justified as the number of subscribers creates a viable market.
The majority of viewers of satellite-transmitted signals are connected to a cable network. They need special consideration in connection with encryption of pro- grammes and conditional access systems.
Iwill give a description of the situation as it may be seen by the cable operator and by the programme provider. However, I represent neither of them so my description may be incomplete or imprecise.
1.2 Significance of Conditional Access in Cable Networks ...
1.2.1 – for the Cable Operator
The cable operator gains his revenue from distribution of programmes to his sub- scribers and conditional access is a means to provide a flexible delivery to them. Тһе customers can subscribe to the channels they want to view, and those without sub- scriptions are denied access to these programmes. The cable operator can thereby increase his income.
Accordingly the cable operator wants complete control of his customers’ subscrip- tions, and as a minimum an income for distribution of any channel, scrambled or not.
Many cable networks transmit locally-generated channels in addition to the channels received off air. To restrict access to these channels encryption is necessary, and a customer administration function has to be set up. To make this attractive to sub- scribers a single decryptor unit must accept all the channels in the network. А good solution for the cable operator can be to rescramble all channels with his own conditional access equipment.
Let our cable operator choose to use D/D2-MAC [1] as this standard will be widely used in the coming decades. A conditional access system is applied to encrypt his channels and the ECM/EMM - SMM/CMM messages [2]. He wants access to his local channels to be quick so he inserts his EMM/CMM in all the MAC channels in the network. Still better, he may replace the original EMM with his own or even re- scramble the signal to gain selective control of his subscribers. For these last two options it is necessary to have an agreement with the original encryption organisation.
In all cases the programme provider is dependent on the cable operator for the distribution of the programme in the network.
1.2.2 - for the Programme Provider
For the broadcaster the cable networks represent a large number of potential custo- mers and hence income. However, if the signal is decrypted at the head-end, a cable network may represent a large number of unauthorized viewers outside his control. As any decoder/decryption unit can be used as easily in a head-end as in a domestic home it may be easy to cheat the programme provider. The only ways to restrict the use of decoders are by legislation or agreement, which are impractical on an interna- tional scale since nations’ broadcasting laws differ.
From a security viewpoint, broadcasters are less likely to allow the insertion of new EMM/CMM at cable head-ends as this would mean a spreading of the encryption algorithm unless the central organisation provides EMM/CMM to all cable networks within a region, for instance one organisation for each nation.
In all cases where cable operators follow the rules, the cable operators are dependent on the programme provider to decrypt or re-encrypt the programme.
1.3 Advantage of Cooperation between Cable Operator and Programme Provider
The best solution can only be achieved if the broadcaster and the cable operator cooperate. А solution that may relieve their concerns is as follows.
The cable operator and broadcaster set up an organisation for generating CMM/EMM for the cable networks. Each cable network gets a set of CMM/EMM made up according to all channels subscriptions within the network.
For the locally generated channels this set of EMM/CMM are used. For the off-air channels three possibilities exist: discard them, let them go through or replace them.
2. Equipment for MAC Signals in Cable Networks
AtTANDBERG Telecom we are designing a new range of decoders/encoders for use in cable networks:
TT-1020 PROMAC This receiver has a tuner for the 950-1250 MHz band, а МАС decoder and transcodes to PAL.
TT-1020/07 MAC Regenerator
The regenerator receives FM modulated channels off air and converts them to MAC baseband. Doubinary data are regenerated in order to improve noise and echo margins before feeding the signal into the network.
TT-5000 D-MAC / ТТ-5100 D2-MAC Cable Encoder These encoders are low-cost units suitable for cable networks.
TT-5500 MAC Multiplexer This unit can multiplex the a new stream of packets into an existing MAC/packet signal.
TT-5600 MAC Rescrambler This unit rescrambles a MAC/packet signal and inserts new ECM/EMM - SMM/CMM packets.
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2.1 Receiver and Decoder Equipment
TANDBERG Telecom manufacture two receiver/decoders for use in cable and master antenna networks, PROMAC and TT-1020 MAC Regenerator. Both units are fully D- and D2-MAC/packet compatible. РКОМАС transcodes from MAC to PAL, and the MAC regenerator converts an FM signal to amplitude-modulated VSB (vestigial sideband).
2.1.1 TT-1020 PROMAC
The TT-1020 receives the signal directly at the first IF band 950 - 1750 MHz. The tuner and demodulator are controlled by a microprocessor in order to achieve very low bit error rate and optimum baseband MAC signal. Clamping error is minimised to give a high quality PAL picture free from green or red discolouring.
The decoder has an optional board to handle teletext in the VBI format. The VBI teletext in the MAC signal is converted from doubinary format and inserted into the PAL output signal.
The PAL subcarrier is locked to the line sync signal. This is necessary to avoid interference with possible remnant of PAL carrier that may be present if the input signal has been PAL coded previously.
The TT-1020 can be equipped with internal or external modules for decrypting Eurocrypt S. A smart card interface for Eurocrypt M will be available in 1990.
2.1.2 TT-1020/07 MAC Regenerator
The regenerator receives FM-modulated channels off air from satellite and converts the signal to MAC baseband. Duobinary data are regenerated in order to improve noise and echo margins before feeding the signal into the network. The regenerator is particularly useful where the input signal is weak as the noise-to-carrier ratio of the data signal is increased from a high value to an insignificant one before retransmitting on the network. The video signal is passed through a sophisticated clamp circuit to remove the energy dispersal, and is delayed to compensate for the delay in the data part of the decoder. An optional amplitude modulator may be included in the regenerator.
The regenerator is transparent to the encryption system and can accordingly be used for transmissions with Eurocypher, Eurocrypt М or Eurocrypt 5.
2.2 Encoding equipment
TANDBERG Telecom offer a range of MAC/packet encoding equipment. The input | is normally a PAL, SECAM or component video signal, but we can also deliver
equipment to convert a MAC signal into a modified MAC signal if that is desired. The following paragraphs describe the units in more detail.
2.2.1 TT-5000 Series Cable Encoder
These encoders are low cost solutions for cable networks and wil be available in two versions; one for D-MAC (TT-5000) and one for D2-MAC (TT-5100). Both encoder versions can be used for all encryption system registered by EBU. The philosophy behind the design of the 5000 encoder series is that encoders for cable networks must meet the following requirements:
е reasonable cost.
• easy 10 use, the encoder must configure as desired at
| power up.
• it shall be possible to define the default configuration according to customer requirement.
• reliable and easy to maintain.
e alarm raised if a failure occurs or input signal is not present.
The input signals can be either in PAL, SECAM or component video. The basic configuration has one stereo sound channel. Teletext is optional. The output signal is normally baseband MAC, but inclusion of an FM or AM modulator is optional. The System Identification (SI) packets and line 625 high priority SI are generated auto- matically in accordance with the encoder configuration.
The 5000 MAC/packet encoder family may be configured with hardware modules for generating control words (CW) and entitlement checking messages (ECM), as well as an interface module for entitlement management messages (EMM) for Eurocrypt M. Alternatively the CW and ECM modules can be replaced with interface modules for Eurocrypt 5 or Eurocypher.
2.2.2 TT-5500 MAC Multiplexer
|
| This unit can multiplex a new stream of packets into an existing MAC/packet signal. | The TT-5500 MAC multiplexer is intended to be used by large cable networks who | want to insert their own EMM messages into an off-air received MAC signal. These | EMM’s may represent the entitlements for the complete set of channels for all the | subscribers in the network. Note that these EMM’s must contain the correct program | provider identifier and be encrypted by the provider’s algorithm to be of any use. The | EMM must accordingly be generated by the programme provider on request from the | cable operator. EMM’s for different programmes сап be multiplexed on a channel.
| 227922207
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The original EMM must be removed and the new EMM inserted at the same location in the subframe in order not to violate the scrambling.
A feature of the multiplexer is that it enables the cable operator to participate in the customer administration so he is able to control his subscribers. Furthermore for a subscriber, it greatly decreases the possibility of losing an entitlement for a particular channel which he/she seldom watches as the entitlements for all channels may be multiplexed (integrated) on every channel. The benefit for the programme provider is that the cable operator can act as his local agent.
The multiplexer input signal is D/D2-MAC. The signal can be at baseband, or FM modulated at 70MHz or in the range 950 to 1750 MHz.
2.2.3 TT-5600 MAC Rescrambler
This unit will rescramble a MAC/packet signal and insert new ECM/EMM - SMM/CMM packets. The unit gives the cable operator full subscriber-management control of the outgoing MAC signal. The unit is equipped with an Access Control Module in order to decrypt the incoming signal.
The unit is mainly intended to convert from one conditional access system to another, for example from Eurocrypt 5 to Eurocrypt M.
References
[1] Specification of the Systems of the MAC/packet Family, EBU Tech. 3258-E, October 1986.
(21 C. Bradley & H. Stephansen, Versatile MAC/packet Encoder Interfacing with any Conditional Access System, ACSA’90, accompanying this article.
PRÉSENTATION DU TERMINAL D'USAGER
NAGRAVISION / SYSTER
André KUDELSKI Nagravision S.A.
1033 CHESEAUX
| SUISSE
| Tél : +41 21 731 41 65
RÉSUMÉ
Canal Plus introduit actuellement en France et en Espagne le nouveau terminal d'usager SYSTER. Cet appareil est destiné aux réseaux terrestres des deux chaînes qui sont respective- ment exploitées en SECAM et en PAL.
Leterminal SYSTER estappelé à être produit en grande quantité par Eurodec et bénéficie d'une très forte intégration, par la réalisation de circuits intégrés spécifiques.
La mise en exploitation du terminal SYSTER demande l'introduction d'un système d'émission intégré permettantau centre de gestion des abonnés d'intervenir de façon sélective surles droits d'accès des terminaux, par informatique et embrouilleurs/injecteurs interposés.
Le système NAGRAVISION/SYSTER brouille l'image par permutation de lignes et possède son propre système d'accès contrôlé, tout en assurant une compatibilité ascendante avec le système discret-11, utilisé actuellement sur Canal Plus.
ABSTRACT
The french TV operator Canal Plus is currently introducing in France and Spain a new descrambling terminal (Рау-ТУ decoder). This terminal will be used on terrestrial networks in both France and Spain.
The Syster terminal is designed to be manufactured in large quantities and is highly integra- ted by the use of custom made integrated circuits.
The use of the SYSTER terminal requires an integrated management concept, permitting the management computer to selectively modify the access rights of the terminals, through the use of computers and scramblers.
The NAGRAVISION/SYSTER system scrambles the video signal by line shuffling and has its own access control subsystem. П is, however. upward compatible with the current discret-11 descrambling terminal.
| | i i i
DÉSEMBROUILLEUR VISIOPASS
ET ACCÈS CONDITIONNEL
Gérard DUVIC Christian GEOFFRAY CCETT La Radiotechnique Portenseigne 4 rue du Clos Courtel Les Patios BP 59 24 quai баШелі 35512 CESSON SEVIGNE Cedex 92156 SURESNES Cedex FRANCE FRANCE
Tél : +33 99 02 41 37 Tél : +33 (1) 40 99 62 03
ABSTRACT
After а review of а the various functions included in the VISIOPASS terminal, the basic ones for D2 MAC/packet decoding and coditional access are emphasized. Particular atten- tion 15 drawn to the user interface since product acceptability strongly depends on its design. The various interactions between the terminal and the viewer are described, while stressing the new capabilities provided by the use of D2 MAC/packet and Eurocrypt.
RÉSUMÉ
Après un examen des différentes fonctions du terminal VISIOPASS, l'accent est mis sur les fonctions de base liées au décodage du D2 MAC /paquets et à l'accès conditionnel. Une attention toute particulière est portée à l'interface "téléspectateur", car l'acceptabilité du produit dépend largement de la conception de cete interface. Les différentes interactions entre le téléspectateur et le terminal sont décrites, en soulignant les nouvelles possibilités ouvertes par l'utilisation du D2 MAC/paquets et d'Eurocrypt.
TABLE DES MATIÈRES
1. INTRODUCTION
2. FONCTIONS TECHNIQUES ASSUREES PAR LE TERMINAL 2.1. Architecture générale du terminal 2.2. Fonctions de base 2.3. Interface téléspectateur
3. CONCLUSION
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ABSTRACT
After a review of a the various functions included in the VISIOPASS terminal, the basic ones for D2 MAC /packet decoding and coditional access are emphasized. Particular atten- tion is drawn to the user interface since product acceptability strongly depends on its design. The various interactions between the terminal and the viewer are described, while stressing the new capabilities provided by the use of D2 MAC/packet and Eurocrypt.
RÉSUMÉ
Après un examen des différentes fonctions du terminal VISIOPASS, l'accent est mis sur les fonctions de base liées au décodage du D2 MAC/paquets et à l'accès conditionnel. Une attention toute particulière est portée à l'interface "téléspectateur", car l'acceptabilité du produit dépend largement de la conception de cette interface. Les différentes interactions entre le téléspectateur et le terminal sont décrites, en soulignant les nouvelles possibilités ouvertes par l'utilisation du D2 MAC/paquets et d'Eurocrypt.
TABLE DES MATIÈRES
1. INTRODUCTION | 2. FONCTIONS TECHNIQUES ASSURéES PAR LE TERMINAL 2.1. Architecture générale du terminal 2.2. Fonctions de base 2.2.1. Traitement du signal D2 MAC/paquets 2.22. Interface d'accès conditionnel 2.3. Interface téléspectateur | 2.3.1.Les messages à affichage automatique 2.3.2. Les informations ou actions accessibles par intervention du téléspectateur 2.3.3. Accès à la messagerie individuelle ou collective 3 CONCLUSION
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- 286 -
1. INTRODUCTION
Dans l'ensemble des moyens mis en œuvre par FRANCE TELECOM pour permeti d'assurer un service de contrôle d'accès pour programmes audiovisuels, le terminal VISIOPAS assure une fonction particulièrement importante dans la relation avec le téléspectateur.
Il permet en effet de répondre aux demandes du téléspectateur qui souhaite utiliser les пой de consommation suivants : 2
Consommation à l'abonnement, par théme et par niveau.
Consommation à l'abonnement par classe.
Consommation d'émissions télévisées sur réservation.
Consommation d'émissions télévisées sur décision immédiate, à la séance. Consommation d'émissions télévisées sur décision immédiate, à la durée,
* + © э 9
Dans les deux derniers cas, la consommation effective ne реш être connue qu'à postériori L téléspectateur acquiert en effet au préalable un forfait de “jetons”. L'analyse détaillée dei consommation peut être saisie par le Gestionnaire des titres d'accès (GTA) au moyen d'un relevé ф "jetons" consommés, gráce au modem dont le terminal est équipé à cette fin.
Le terminal VISIOPASS est conçu pour permettre à la carte PC2, qu'il reçoit dans son lecez de carte avec volet de protection, d'accueillir des messages de gestion des titres d'accès (EMM transmis par le réseau de diffusion, en particulier à la suite de requétes du téléspectateur.
2. | FONCTIONS TECHNIQUES ASSUREES PAR LE TERMINAL 2.1. Architecture générale du terminal
On distingue deux types de VISIOPASS : * Pour le câble où le terminal reçoit des signaux codés en D2-MAC/paquets ou SECAM. Dans ce dernier cas, le terminal démodule simplement le signal HF et le distribue versis deux prises péritélévision dont il est équipé. | * Pour la réception directe par satellite où le signal traite exclusivement les signa HF conformes au plan CAMR 77.
Les configurations d'interconnexion du terminal avec ses périphériques, essentiellement t téléviseur et le magnétoscope sont illustrées sur la figure 1.
La sortie péritel 1 (P1) est la voie normale mais non exclusive de connexion au téléviseur. И sortie péritel 2 (P2) est la voie normale de connexion à un magnétoscope de type VHS, en lecture o en enregistrement. Dans ce dernier cas, si le programme à enregistrer est de type D2-MAC/paqus un transcodage en SECAM est effectué, avant sortie du signal sur P2.
La prise P2 permet également un accès en bande de base d'un signal D2-MAC/paquets @ provenance d'un syntoniseur extérieur par exemple. P2 permet aussi de délivrer un Sig D2-MAC/paquets en bande de base provenant directement du syntoniseur du terminal.
D'autre part, une sortie Hi Fi de type CINCH, permet de délivrer le son associé au programm TV ou un programme radio transporté par un canal D2-MAC/paquets.
Dette PAS
La figure 2 illustre l'ensemble des fonctions constituant un terminal VISIOPASS :
Alimentation (et téléalimentation possible du convertisseur de fréquences). Régie audiovisuelle.
Décodage D2-MAC/paquets.
Interface d'accés conditionnel.
Interface téléspectateur.
Horloge de programmation.
Modem.
Démodulation FM (version satellite).
Démodulation MABLR (version cáble).
е où è è >ù 9 9 + @
Certaines de ces fonctions sont présentées plus en détail dans les paragraphes qui suivent.
2.2. Fonctions de base 2.2.1. Traitemen ignal D2-MA tS
Le traitement du signal D2-MAC/paquets s'appuie sur l'utilisation du kit de composants ITT, le décodage étant effectué en conformité avec les documents de référence suivants :
* Documents AFNOR NFC 90 001 + NFC 90 001 Additif 1. * Eurocrypt (mars 89) + règles d'exploitation (2€m€ phase).
Le terminal permet de décoder un programme TV, avec extraction simultanée de deux sons mixables ou sélection d'un son parmi un ensemble maximum de 8. Cette sélection est basée sur un choix préprogrammé de langues préférentielles.
D'autre part, le téléspectateur peut faire appel à des sous-titres s'ils existent, selon un choix préprogrammé de langues préférentielles. Le sous-titrage peut étre également systématique pour les malentendants.
Outre le service TV, le terminal peut extraire d'un canal D2-MAC/paquets un programme radio. Il peut également accéder à un service de télétexte diffusé, avec les éventuels sous-titres, dans l'intervalle de suppression trame du signal D2-MAC/paquets.
Le terminal récupére aussi, quand il est présent, le service d'adressage sur antenne qui véhicule les messages relatifs à la gestion des titres d'accès.
2.2.2. Interface d'acces conditionnel
En plus de l'accés aux modes de consommation indiqués en introduction, l'interface d'acces conditionnel offre les fonctionnalités suivantes :
* Acquisition de droits gratuits pour la promotion d'un nouveau service ou à destination d'un nouvel abonné.
e l'occultation/sélection qui permet de restreindre les zones 9c réception de programmes par exclusion de certaines zones couvertes par la diffusion.
+ l'empreinte digitale qui permet d'estampiller les programmes diffusés.
288 -
D'autre part, afin de faciliter la tâche du téléspectateur, lors de de ses dialogues liés au сопу d'accès, une messagerie peut être introduite. son rôle est d'apporter soit des informatiog complémentaires, soit d'expliciter des informations codées.
Cette assistance au contrôle d'accès est diffusée sous forme de magazines de télétext y constitue ce qu'on appelle le “télétexte d'assistance". Elle offre les prestations suivantes :
“ Un téléspectateur peut vérifier le contenu de sa carte PC-Eurocrypt, de manis explicite.
* Un téléspectateur peut consulter les programmes à venir, avec les conditio d'accès qui y sont associées.
* Un téléspectateur n'ayant pas accès au programme en cours doit pouvoir e connaître le coût et les conditions d'accès jusqu'à sa fin.
2.3. Interface téléspectateur
On distingue trois types d'informations ou messages accessibles par l'utilisateur
2.3.1. Les messages à affichage automatique
* Pour l'occultation et le remplacement : en cas d'occultation, le signal reste embrouillé: une page de télétexte se substitue sur l'écran si celle-ci a été prévue par l'opérateur.
* Messages d'introduction de la carte : un message (carte absente, mauvais introduction, carte défectueuse...) apparaît dans ce cas.
• Informations sur programme еп cours : sur un programme non désembrouillé, présentation du contenu du programme.
* Demande du code porteur : le téléspectateur a la possibilité de dévérouille certaines fonctions telles que la validation d'achat sur décision immédiate, le dépassement du nivea moral autorisé, l'accès à la zone де pré-sélection d'événements, si l'accès à ces fonctions est protégé par l'introduction d'un code. | | і
2.3.2. Les informations ou actions accessibles par intervention du téléspectateur
Informations sur le signal diffusé et les programmes : A la demande du téléspectateur, le terminal présente :
* Des informations sur le programme en cours : une page d'information sur le programm fournie par l'opérateur est extraite du magazine де télétexte d'assistance, s'il est diffusé, ou à défi | de la voie "0" du D2-MAC/paquets. |
| * Les informations sur les programmes à venir : il est possible de consulter les programmes | venir sur une période de 7 jours, avec pré-programmation du réveil du terminal, en vue бш | enregistrement sur un magnétoscope et pré-achat (dans le cas d'une consommation différée). |
• Les informations d'identification de service : afin de connaître le langues associées а | programme TV et choisir l'une d'entre elles (outre le choix automatique des langues préférentiels | effectué sans intervention du téléspectateur).
;
Configuration du terminal Le téléspectateur peut intervenir sur : * La programmation de l'horloge du terminal : en vue d'un réveil automatique du terminal.
• La consultation de la carte : | elle permet la consultation des droits sur la carte, par opérateur et par type de service ouvert. Les titres peuvent être présentés de manière explicite si l'interprétation est rendue possible par la présence d'un télétexte d'assistance.
* Les paramètres d'installation pour : - l'établissement d'une correspondance chaîne-fréquence, avec indication de la norme de diffusion utilisée (D2-MAC/paquets ou SECAM),
- le choix des langues préférentielles des sons et des sous-titres,
- la demande d'affichage systématique des sous-titres pour les malentendants,
- le choix du format selon le type d'écran de visualisation que possède le téléspectateur (soit 4/3, soit 16/9 ou biformat),
- le choix de la norme d'enregistrement (SECAM ou, à plus long terme, D2-MAC/paquets),
- la mise à l'heure de l'horloge interne du terminal,
- а sélection du plafond de niveau moral.
2.3.3. Accès à la messagerie individuelle ou collective On distingue deux types de messagerie véhiculée par le signal D2-MAC/paquets :
• La messagerie individuelle : elle est diffusée, sous forme de page de télétexte, en association avec la messagerie de contrôle d'accès. Son arrivée est signalée au téléspectateur, par un voyant. Celui-ci y accède par pression sur une touche spécifique.Cette possibilité de messagerie individuelle est utilisée quand l'opérateur veut diffuser un message propre à un usager ou à un groupe d'usagers, voire à l'ensemble de son audience.
• La messagerie collective : En l'absence de message individuel, une page diffusée dans le télétexte d'assistance est affichée à la demande du téléspectaeur, en pressant la même touche que précédemment.
3. CONCLUSION
Cette communication a présenté une description fonctionnelle du terminal VISIOPASS, telle qu'elle est perçue par le téléspectateur, en soulignant les nouvelles possibilités ouvertes par l'utilisation du D2-MAC/paquets et d'Eurocrypt.
es MAGNETOSCOPE TERMINAL VISIOPASS
Terminal VISIOPASS, version "satellite"
9: Prise Péritélévision Ш : Prise H. F.
Ca MAGNETOSCOPE TERMINAL VISIOPASS
Terminal VISIOPASS, version "cable"
Ө: Prise Péritélévision B : Prise Н.Е.
FIGURE 1 : CONFIGURATIONS D'INTERCONNEXION DU TERMINAL VISIOPASS
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FIGURE 2 : DECOUPE FONCTIONNELLE DU TERMINAL VISIOPASS
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Han WELMER D2B Systems Co., Ltd New Road
MITCHAM CR4 4XY ROYAUME UNI
Tél : +44 81 685 12 12
CONDITIONAL ACCESS
AND THE USE OF D2B
With the introduction of Conditional Access, the consumer is confronted with а major problem : His Audio-visual system becomes much more difficult to control. Set makers and program providers also encounter problems, such as increased product complexity and diversity, and high investment costs. D2B offers solutions for the consumer in terms of ease ofuse and flexible system configuration. Anditoffers real benefits to set-makers, by separating independent product functions, eliminating repeated product development. Last but not least,
ABSTRACT
D2B offers program providers an increased freedom of choice in CA-system.
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TABLE ОЕ CONTENTS
WELCOME
SUBJECT OF THE PRESENTATION INTRODUCTION
31 What is D2B
3.2 Main purpose of D2B
3.3 D2B Systems Со, Ltd. and its purpose
D2B AND APPLICATIONS IN THE WORLD ОЕ CONSUMER ELECTRONICS
4.1 Example : TV and VCR combination
4.2 TV and VCR combination with D2B
D2B AND CONDITIONAL ACCESS
5.1 Problem 1 : increased control complexity 5.2 Problem 2 : dedicated products BENEFITS OF USING D2B WITH CONDITIONAL ACCESS 6.1 Long term benefits
SUMMARY
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1. WELCOME
Good Afternoon ladies and gentlemen,
My name is Han Welmer. I work for the Company D2B Systems in London, and I am here to talk about the use of D2B in Conditional Access Systems.
2. SUBJECT OF THIS PRESENTATION
Since many of the earlier presentations held during this seminar, have discussed
the system architecture of Conditional Access, I will not spend too much time on
that subject. I will assume that you are familiar with it.
Instead I would like to concentrate on the relationship between Conditional Access and D2B
To start with, I would like to explain what D2B is; what it is all about, and what you can do with it in the field of Consumer Electronic Products.
Next, I will focus on D2B and its relationship with Conditional Access. especially
why should you use D2B in consumer products with Conditional Access? What are the benefits for the various involved groups: the users, the set-makers and the program providers?
Finally I will conclude with a short summary.
3. INTRODUCTION
3.1. What is 0287.
Let me begin by introducing D2B. D2B stands for Domestic Digital Bus.
Based on advanced data communication technology, D2B makes it possible to transmit commands and related data between all kinds of consumer electronic products.
Of course, we have taken into account the generally applicable design rules, but we have also recognised the needs of CE products in particular, such as: Limited Cpu/Ram/Rom resources, real time requirements etc.
But D2B is more than just a data communication system. Because of its structure, it provides a framework for the compatible control of different products. Both products of different brands, and between the products of today and tomorrow.
Within this scope, it is important to know that D2B has already been accepted as an Standard by the IEC - the International Electrotechnical Commission.
3.2. Main purpose of D2B
The main purpose of D2B is to fulfil the needs of the consumer. We regard the wishes and requirements of the consumer as of paramount importance.
We believe that, above all, the consumer wants ease of use and convenient control of increasingly complex product functionality. With the introduction of the microprocessor and new media such as LaserDisc and Satellite Television, consumer
94 -
electronic products have become more and more complex to control. We recognise that a basic consumer need is to control this increasing complexity in a simple, convenient way.
But equally important, the consumer wants compatibility - both between brands and in the long term. He wants his current TV set to work with any peripheral, irrespective of the manufacturer and the time he buys it. And he even expects this to be true seven to ten years from now.
In order to achieve all this, and considering the fact that the C.E. business is a global business, it is obvious that international standardisation is essential.
But the typical procedure of international standardisation bodies such as the ТЕС is too slow for the fast-moving world of Consumer Electronics.
3.3. D2B Systems Co., Ltd. and its purpose Therefore the neutral company 'D2B Systems Co., Ltd.' has been established.
This company has four major tasks. The first is to maintain the D2B standard and to develop new data protocols in order to allow new technological facilities to be incorporated.
A second role is to supervise those standards, in other words to ensure that suppliers and manufacturers stick to the rules governing compatibility.
A third task for D2B Systems is to support the industry with developments, information flow and interchange, so that all the participants can benefit. Of course, the absolute requirement for commercial security and confidentiality must be and will be met.
Finally, the need for harmonization with other existing and emerging standards has to be kept in mind.
4. D2B AND APPLICATIONS IN THE WORLD OF CONSUMER ELECTRONICS 4.1. Example: TV and VCR combination
But let's get back to the consumer, because that is after all the person for whom we all work.
The ultimate control system supporting ‘ease of use' and ‘control of complexity’, provides the consumer with only two buttons: one to switch the system on and off, and another to select the desired facilities and services.
Let me explain this with a simple example involving a TV set and a Video Cassette Recorder. Assume you are watching an interesting programme and you wish to record it. To do this in today's situation, you have to first switch on the VCR, then find
out which channel you are watching on your TV set, then tune the VCR to the same channel, and finally you can start recording.
4.2. TV and VCR combination with D2B
With D2B the procedure can be made much simpler - you just press the 'Record' button.
The rest can be done automatically: the VCR switches itself on, and using the resources of D2B it requests the channel to which the television is tuned. Next, it tunes itself to the same channel, and starts the recording. Remember, all you had to do was press a single button.
D2B even provides the tools for further improvement of the man/machine interface. For example, the VCR could send an On Screen Display message to the television via D2B, so that you get a clear indication of what is happening.
5. D2B AND CONDITIONAL ACCESS
5.1. Problem 1: increased control complexity 5.1.1. Introduction
And this brings me back to Conditional Access.
With the introduction of Conditional Access to the consumer, the complexity of the audio-video system is increased dramatically.
In the old days, when you wanted to watch a TV programme, you just selected the appropriate channel on your TV set.
Now, with Conditional Access, you have more products that need to be controlled. As well as your TV set, you need a satellite dish, a satellite tuner/decoder and a smart card.
5.1.2. Conditional Access and control without D2B Without D2B, you have to control each product individually.
Specifically, if you want to watch a satellite program with conditional access, you have to take all the following steps:
1) switch on your TV set.
2) switch on the satellite tuner/decoder.
3) position the satellite dish.
4) select the correct channel on your TV, so that the signal from the satellite
tuner is displayed.
5) select the right channel on your satellite tuner.
6) adjust any additional satellite reception parameters, whatever that might be.
7) insert the right smart card.
8) give authorisation to gain access.
Well, if consumers are just able to control a high end TV set and if many consumers have difficulty controlling a TV - VCR combination, do you think they will be able to control four products?
5.1.3. Conditional Access and control using D2B
With D2B, the user friendliness of the AV-System with Conditional Access can be improved dramatically.
All the user needs to find out is: - which smartcard is needed for a specific program or channel and - In which smartcard reader does this smartcard fit.
The rest of the control can be done via D2B. This is real user convenience.
- 296 -
5.2. Problem 2: dedicated products 5.2.1. Introduction
But there is a second field where D2B can improve the performance of an AV-System with Conditional Access.
Аз you all know, a typical satellite tuner/decoder is designed and produced for one dedicated service or Conditional Access System.
With Conditional Access applied to several programs, supplied by different broadcasters or Program Providers, the following problems arise.
For you as a consumer the problem will be that if you want to watch a program that uses а different Conditional Access System, you need а different tuner/decoder. Or if a broadcasting company decides to change to а new, more sophisticated Conditional Access System, you - as a consumer - will have to change your tuner/decoder as well.
Next to the big increase in the complexity of control, you will come up against a number of other problems. Such as interconnection problems, and how to find out - and remember - which smart card you need for which decoder.
5.2.2. Dedicated products and set-makers
For you as a set-maker, a dedicated tuner/decoder is also very unattractive,
because a dedicated tuner/decoder is in fact a 'peaked' product - that is, it is targeted at a small market niche. This leads to complex version control, high production costs, high stock-keeping overheads and high distribution costs.
Secondly, building a decoder into a TV set or video cassette recorder may cause styling or mechanical problems.
A third problem, but certainly not the last one you will encounter, is the uncertainties regarding the specific Conditional Access System used by a broadcasting company. If this Conditional Access System is changed, a whole new design cycle has to be started for each individual product.
5.2.3. Why is it a problem?
So what causes all these problems with dedicated tuners/decoders to consumers and set-makers?
The reason is as simple as this: A decoder for Conditional Access, whether it is implemented as a stand-alone product or built into a TV set, video cassette recorder or any other product, really contains two functions: - the basic signal processing and descrambling, and - the Conditional Access Sub-System, or CASS, which grants access and controls the descrambling.
These two functions are generally defined independently. One example of a specification for the first function is the MAC family of television transmission systems.
But the MAC specification says little or nothing about Conditional Access. This situation led to the independent development of Conditional Access Systems such as Eurocrypt (as adopted by France Telecom) and Eurocypher (as adopted by BSB).
But the real controversy lies in the fact that these two functions are combined in a single product. And this will ultimately lead to problems and high costs for both set-makers and consumers.
5.2.4. Solution: one function in one product
To solve the previous problems, these two basic functions should be designed, developed and implemented separately.
This modular approach results in the development of single, independent, general- purpose functions.
For audio-video systems supporting Conditional Access, this results in two basic building blocks: - a general-purpose receiver/decoder, which handles the signal processing, descrambling etc., and - an external CASS, dedicated to a particular service or Conditional Access System. This building block handles the granting of access, storage of entitlements and control of the descrambling functions.
Each building block can be implemented in a variety of products.
If you want to be able to access three programs each having a different Conditional Access System, you only need one general purpose receiver/decoder. This unit can be implemented as a stand-alone D2MAC decoder or a set-top satellite tuner with a built-in decoder. It could even be built into a TV set or video cassette recorder.
Next you need three external CASSes, one for each specific Conditional Access System. They can all connect to the one and only receiver/decoder.
5.2.5. Benefits of separated functions
The benefits of this approach are obvious:
You as a consumer don't need many expensive receivers/decoders. In principle one general purpose receiver/decoder is enough.
You as a set-maker can focus on your specific product range. If you make TV sets or VCRs or satellite tuners, you don't want to be bothered with peaked products and details regarding decryption techniques and secure elements.
You as a broadcaster or program provider don’t want to invest in expensive reception equipment to be installed at your audience. You want to optimise costs and revenues on transmission of programs and ensure that only your target audience can view your programs. Moreover, if you decide sometime in the future to use a more sophisticated Conditional Access System, you don't want to make a major reinvestment in the reception equipment at your viewers homes.
- 298 -
5.2.6. Requirements for the receiver/CASS interface
Of course, the general-purpose receiver or decoder and the external Conditional Access Sub-System will need to be interconnected.
Аз far as the consumer 15 concerned, any interface should be avoided, but if one is needed, it must meet the following requirements: - The bus and the cabling must be easy to install by the consumer himself. - The cabling must be flexible in topology. As far as possible, it must be up to the consumer to decide how to interconnect the various products. - Of course, the interface must have a low cost, and various cable lengths must be available. - And last but not least, the performance of the overall system must be excellent.
Of course, the set-makers have their own requirements, such as:
- The interface must be standardised and supported by the CE industry.
- The interface hardware must be cheap, reliable and available.
- It must be easy to make the interface comply with local rules and requirements, for example about aspects like safety, EMI compatibility and immunity to ESD.
- And - of course - the interface must be transparent in operation. Whatever the brand, performance or features set of the other product, the system must be sure to work in all circumstances.
6. BENEFITS OF USING D2B WITH CONDITIONAL ACCESS
АП the above requirements AND ease of use AND long-term compatibility AND interbrand compatibility have been taken into account in the development of the D2B data protocols for Conditional Access.
Of course, anyone can compare D2B with any other standard or proprietary interface, іп terms of its functionality as interface between а receiver and an external CASS. Such a comparison will show that D2B has the following benefits: - D2B has been accepted as an international standard by the IEC - D2B is supported by leading companies within the worldwide CE community - D2B uses а low-cost, consumer-installable cable as the connecting medium - D2B hardware such as ICs, sockets and cables are readily available from several suppliers - Data protocols to implement Conditional Access are also available in the form of the D2B specifications - D2B can also be used for other audio-video applications, which means that a single control bus can be used in the entire AV product cluster.
6.1. Long term benefits
By a series of evolutionary steps, D2B also meets another essential requirement: a flexible, long-term growth path.
For future products, for example, we can foresee developments like:
- Completely new descrambling techniques. In this case, only the decoders will have to be upgraded. The CASSes and smart cards can remain in use.
- Or alternatively, more sophisticated security elements may emerge. Again, no problem. In this case, only the relatively low-cost external CASSes will need to be replaced.
- Using D2B as a tool, a wide variety of man/machine interfaces can be built. This allows set-makers and broadcasting companies to distinguish themselves from their competitors.
- We can expect to see multi-CASS configurations, in which a consumer connects several CASSes to his single receiver/ decoder. This allows him to switch freely between different channels, carrying services using different Conditional Access Systems, all without the need to reconfigure his system or to switch smart cards.
- Along the same lines, one external CASS тау be used by several receivers/decoders. This allows the consumer to change from watching a program on his TV set in the living room to watching it on the TV in his bedroom, во the need to take the smart card ош of the first TV set and put in ће second set.
7. SUMMARY.
To conclude, I would like briefly to summarize the main benefits that D2B has to offer:
- It is standardized, offering full inter-brand, inter-product compatibility, plus the flexibility to handle the extended feature sets of future products.
It offers a real benefit to consumers, by simplifying and rationalizing the control of increasingly complex product functionality. Obviously, Conditional Access is an excellent example of a new and potentially very complex function for consumers to operate.
- And it offers real benefits to set-makers, by handling basic product functions in a standardized, transparent and economic way. In other words, the added value that D2B offers can be implemented at a low cost, without the need for repeated development effort for every new product.
Finally, set-makers can call on D2B Systems Co. to provide them with support in the development and implementation of specific product functions through D2B.
I hope I have been able to give you some insight into the way D2B can play a part in increasing both the consumer-friendliness and the market-friendliness of Conditional Access.
Thank you very much for your attention.
А NENNEN. nl Tum
BBC CONDITIONAL ACCESS TELEVISION SERVICES
S. К. ELY
BBC Research Department Kingswood Warren Tadworth
SURREY KT20 6NP UNITED KINGDOM
Tél : 444 737 832361
ABSTRACT
During the past two years the BBC has gained experience with two subscription television services : one is the BBC TV Europe service which is relayed by satellite to cable and Direct- to-Home viewers outside the UK ; the other is a night-time downloading service on the BBC terrestrial UHF network. The search continues, however, for improved conditional access technology for these and other applications.
RÉSUMÉ
Depuis deux ans la BBC gagne de l'expérience en diffusant deux services de télévision à abonnement : l'un est le service "BBC TV Europe" diffusé en dehors du Royaume Uni par satellite aux réseaux câblés et aux foyers des téléspectateurs ; l'autre est un service de téléchargement utilisant pendant la nuit le réseau d'émetteurs terrestres de la BBC. Toutefois, on continue à rechercher la technique perfectionnée d'accès conditionnel pour ces applica- tions-ci et pour d'autres applications.
TABLE OF CONTENTS 1 INTRODUCTION 2 REQUIREMENTS TO BE MET 2.1 Opacity 2.2 Transparency 2.3 Security 2.4 Cost
2.5 Compatibility 2.6 Flexibility 2.7 Standardisation 2.8 Man-machine interface 3 BBC OPERATIONAL EXPERIENCE WITH CA SYSTEMS 3.1 The BBC TV Europe service 3.2 The Night-Time Downloading service 3.3 BBC Enterprises's service on the Olympus Satellite 4 THE SEARCH FOR A SECOND GENERATION CA SYSTEM FOR THE BBC TERRESTRIAL DOWNLOADING SERVICE 4.] Picture scrambling systems 4.2 Sound scrambling systems 4.3 Access control systems 4.4 Programme delivery control systems CONCLUSIONS ACKNOWLEDGEMENTS REFERENCES
MOON UA
1. INTRODUCTION
The BBC is active in the subscription television market and is encouraged by the UK Government to develop subscription services as а way of supplementing its income from the licence fee [1]. Indeed, the BBC has been working in the field of Conditional Access (CA) Television for many years. Initially this work was directed towards СА systems applicable to Direct Broadcasting by Satellite (DBS) [2] and BBC Research Department assisted in the development of the CA systems specified for the EBU MAC/packet family of systems.
Recent BBC work on CA television systems has been primarily directed towards the application of CA techniques to night-time downloading services broadcast via the existing ВВС UHF terrestrial television network [3]. In this application, the network of terrestrial transmitters is used outside normal programme hours to broadcast, in scrambled form, signals to be recorded, via a descrambler, on domestic Video Cassette Recorders (VCRs) ready to be replayed at a time convenient to the viewer.
Since June 1987 BBC Enterprises Ltd (a wholly owned commercial subsidiary of the public service BBC) has, as part of its television programme export business, distributed BBC television programmes in scrambled form via Intelsat V to cable systems in Scandinavia and elsewhere. Since April 1989 this BBC TV Europe service has been extended to include Direct-To-Home (DTH) subscribers.
BBC Enterprises also plan to start a new CA service to be relayed via one of the transponders of the Olympus experimental satellite later this year.
These three ventures will enable the BBC to gain hands-on experience with a range of subscription services. However, because of a wish to develop these new services as quickly as possible, it has been necessary to adopt and adapt existing CA technology rather than specify purpose-designed systems and equipment.
The purpose of this paper is to outline the requirements and constraints which must be met by CA techniques applied to these services, and report the results of laboratory and over-air tests aimed towards finding suitable CA systems. We will concentrate mainly upon the terrestrial downloading service which offers the greatest technical challenges.
2. REQUIREMENTS TO BE MET
In any conditional access television system there are, of course, essentially two distinct elements:
i) Scrambling: i.e. the processes whereby the picture and/or the sound signals are rendered unusable without an authorised descrambler.
- 303 —
ii) Access control: i.e. the processes whereby information is provided to enable authorised viewers to descramble the service. The availability of this information is controlled by transmitting it in encrypted form. The scrambling is closely associated with the signal coding and the transmission systems and media. The access control systems are more closely aligned with the business systems and the interface with the customers.
The requirements to be met by the scrambling and access control systems may be considered in terms of the following headings:
2.1 Opacity
The degree to which signals are disguised in scrambled form is termed opacity. Whilst some applications need the scrambled signals to be totally unrecognisable, in other cases less opacity may be advantageous so that the viewers can be tantalised to subscribe to the service.
2.2 Transparency
The quality of the picture and sound signals after the scrambling and descrambling processes indicates the transparency of the scrambling systems. Ideally, of course, the processes of scrambling and descrambling should produce imperceptible degradation to the signals. It is especially important to note that distortions inherent in the broadcast chain, propagation effects, or receivers can degrade transparency.
Another major form of impairment to a CA service is unreliable acquisition of the access control data. It is therefore important that the over-air data required for the distribution of access control signals can be reliably received even under adverse reception conditions. For example, access control data should be reliably receivable at signal-to- noise ratios below those needed for usable picture and sound signals. Furthermore, any auxiliary system used for distributing access control information, such as postal distribution of smart cards, or telephone answering services needed to facilitate over-air authorization must also be reliable and convenient to use.
2.3 Security
Security depends upon all elements in the system including the scrambling and access control systems, key distribution, encryption of over-air access control data, security of subscriber management computer systems, and security in the factories producing the decoder and/or the access control module: security is limited by the weakest link in this chain.
No CA television system can be guaranteed to be completely secure particularly bearing in mind the relatively long lifetime during which the system is expected to resist attack. For most CA services it is sufficient to make piracy uneconomic rather than impossible. A particular security risk occurs, however, when service is not legitimately available in a country where it is technically possible to receive the signals. In these circumstances customers for pirate decoders may be willing to pay more than the cost of the legitimate access in order to receive the service.
24 Cost
The cost of the СА decoders is usually а major factor in the economics of а subscription service. Unless existing decoders provided for other CA services can be used then all legitimate customers must first be equipped with a CA decoder before they can access the programmes.
If customers must pay for their decoders directly, then this initial outlay will form a barrier to the take-up of the service. Alternatively, if the broadcaster pays the capital cost of the decoders and then hires them to his customers, the capital cost plus interest has to be recovered as part of the subscription. This amortisation element in the subscription may well be a major part, thus leaving little funding to pay for good programmes.
A further cost consideration is that of the capital and revenue cost to the broadcaster of setting up and running the transmitting end of the CA broadcast system. This capital cost includes that of the scrambling and encryption equipment and the computer systems and software needed for the subscriber management system. These capital costs may be large if significant hardware or software development is needed.
Another potentially major element in the revenue cost of a CA service is that of running the subscriber management system, including invoicing, and processing payments by customers. Some economies of scale may be realised here by using agency services who operate such customer management services for other broadcasters or, indeed, other businesses.
2.5 Compatibility 2.5.1 Compatibility with existing receivers
Unlike enhancements such as teletext or stereo sound, which are intended as compatible enhancements to existing broadcasts, CA services are not, by definition, compatible with existing receivers since all viewers will need a decoder (or, in the longer term, a new receiver with an integrated decoder). However, it is important to be able to interconnect the decoders easily with existing receivers and VCRs. This interconnection must not interfere with reception of other services or reduce the facilities for recording and replaying other services via the VCR.
In France and some other European countries this interconnection problem has | been greatly reduced by the mandatory provision of а SCART (peritelevision) connector | оп all television receivers and VCRs. This SCART socket provides baseband video input | and output which can be routed as required via the CA decoder. Unfortunately, in the
UK, SCART sockets are not mandatory and only a minority of receivers are equipped with | baseband video input. Thus the only universally available input to existing UK receivers | is the aerial socket. Whilst this presents few problems when just one device (e.g. а VCR)
is connected in this way, it is very much less easy to install several devices (e.g. satellite | réceiver(s), СА decoder(s), and VCR(s)) in this way and tune the local remodulators (which are full double-sideband) so as to avoid mutual interference or interference with off-air signals. Also, of course, such an r.f. composite PAL interconnection does not allow the viewer to benefit from the potentially better quality pictures available via MAC Services,
du a
2.5.2 Compatibility with other broadcast services
CA signals must not cause interference to other broadcasts sharing the same or adjacent channels. Therefore existing planning limits for Co-Channel Interference (CCI) and Adjacent Channel Interference (ACI) must not be exceeded. Conversely, the scrambled signals should not be more susceptible to these interferences than clear signals. In practice, it is usually found that scrambling the picture and sound signals actually reduces the effects of CCI and ACI both from and to the CA signal.
2.5.3 Compatibility with existing distribution and transmitter networks
Where, as in the case of the BBC night-time downloading service, a broadcaster seeks to transmit programmes via an existing network which was not designed with CA in mind, there is the added complication of making the CA system compatible with the existing broadcast system and equipment or vice-versa. This is a particular constraint where, as in the BBC’s case, it is required to broadcast conventional clear PAL signals during one part of the day and CA programmes during another.
The scale of a terrestrial broadcasting network such as that operated by the BBC, which comprises transmitters at nearly one thousand sites and the associated point-to-point distribution system, militates against almost any changes to the network to accommodate CA signals. Furthermore, unlike a cable system or a satellite transponder, a terrestrial broadcasting network is not transparent to the signal it conveys. The following factors must be taken into account:
i) Non-uniform amplitude-frequency response due to instrumental imperfections (e.g. filtering) in practical Vestigial SideBand Amplitude Modulation (VSB-AM) transmission systems. This is a major difference from satellite systems which are conveyed using Frequency Modulation (FM). Aberrations in the amplitude- frequency response of the path used to convey the scrambled picture signal seriously impairs the quality of the descrambled pictures in many systems.
ii) Distortions due to transmitter non-linearity (including differential gain and differential phase effects). This is a significant difference between cable systems (which also use VSB-AM) and terrestrial broadcasting networks.
iii) Restrictions on the video signal voltage envelope: terrestrial transmitters cannot be considered as simple linear amplifiers but are carefully optimised to radiate the standard PAL or SECAM waveform. Neither the luminance nor the colour components may extend beyond their normal video amplitude ranges.
iv) Need for standard signals in the horizontal and vertical blanking intervals. All the available lines in the vertical blanking interval of existing BBC terrestrial broadcasts are allocated to teletext or test-waveforms. The waveform in the horizontal blanking interval is used for automatic gain control and clamping.
v) Many modern high-power transmitters include energy-saving systems such as klystron pulsing, which changes the picture-to-sync timing slightly.
vi) Interaction with digital signal processing in distribution networks:
a) Present-day use of Sound-in-Syncs (SIS) for distribution of sound signals: for many years the BBC and other broadcasters have used SIS to distribute sound signals to main transmitters. At the transmitters the SIS signals are decoded and conventional syncs restored for transmission. Therefore, it is not feasible to distribute scrambled signals which modify the horizontal syncs since these could not be conveyed via the existing distribution network and scrambling at every main transmitter would be expensive. The SIS equipment introduces significant and, in some cases variable, differential delay between sound and vision. Account of this must be taken if the sound and picture scrambling systems use related timing signals.
b) Future Digital Distribution Networks: in the near future the BBC and many other broadcasters expect to use digital signal distribution systems for both picture and sound signals. Such systems will almost certainly use bit-rate reduction techniques and these are incompatible with nearly all scrambling processes. This is because scrambled signals do not have the redundancy which bit-rate reduction systems exploit. It must therefore be accepted that the only way to distribute CA signals via such digital systems will be to descramble before bit-rate reduction at the sending end and re-scramble at the far end of the link. It is, however, expected that, since the signals are already in digital form at these end-points, the additional cost of these CA processes will be relatively small. This is especially so if the need for this is foreseen before the digital distribution network is installed.
2.6 Flexibility
Flexibility is usually an important requirement for the access control system. The broadcaster and his customers may want the possibility of many different access modes including provision of multiple tiers, multiple logical channels on the same physical channel, regional blackout, pay-per-view, impulse pay-per view etc. In particular, there is a strong advantage in being able to evolve from a simple system at the start of service to a more sophisticated one, including the option of changing or modifying the security device, to combat piracy.
2.7 Standardisation
It can be argued that, in order to allow a free market for subscription television programmes to develop, the interests of the viewers would best be served by | standardisation of CA systems such that customers need only one decoder to access all the | available services. Furthermore, such standardisation would provide economies of scale in manufacturing and simplify maintenance.
So far, however, many operators of European CA services have chosen to use | Proprietary CA systems which do not give their customers access to competing СА | Services. It remains to be seen, however, whether the expected customer resistance to | buying and installing multiple decoder boxes will force standardisation and what strategic | alliances emerge, especially amongst the smaller operators who cannot afford the
development costs of an exclusive system.
— 307 ~
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2.8 Man-machine interface
The importance of simple and reliable operating controls for the CA receiver/decoder must not be under-estimated. To access services funded by licence fee or by advertising the customer has to do little more than turn his receiver on and switch to the desired channel. Subscription services therefore face an immediate handicap if the customer has to follow a complicated or tedious procedure to gain access: even relatively simple tasks become tiresome if they have to be repeated frequently, and UK audience research studies indicate the majority of UK viewers are unable or unwilling to follow complicated procedures such as that needed to set-up a VCR for time-shift recording.
This is especially relevant for a night-time downloading service: successful access to downloading services requires that a VCR be set-up to record the desired programmes. The use of the normal VCR time-shift recording functions is not satisfactory, mainly because, as indicated above, this is too difficult or too tedious for the viewers to use regularly. Furthermore, it is very desirable in such a night-time service for the broadcaster to retain flexibility to change the schedule e.g. to accommodate a delay in the start of the night-time schedule due to an extra programme earlier in the evening. Indeed, in some circumstances the broadcaster may need to switch a particular programme from one network to another at short notice. Thus some means of automating the VCR recording function is essential for a downloading service.
3. BBC OPERATIONAL EXPERIENCE WITH CA SYSTEMS 3.1 The BBC TV Europe service
The BBC TV Europe service delivers, via the East Spot beam of the Intelsat V (27.5? W ) satellite, BBC television programmes to about half a million viewers, most of whom are in Scandinavia and receive their signals via cable systems. In such cases, the descrambler/decoder is at the cable-head and the viewer receives clear signals. However, since April 1989, BBC TV Europe decoders have also been available for Direct-To-Home (DTH) reception. About 3000 authorised BBC TV Europe DTH decoders are in use.
(N.B. As a wellestablished and separate venture, BBC-1 (and in some cases BBC-2 as well) programmes are distributed from the UK by terrestrial microwave link to cable systems in parts of Belgium, France and the Netherlands. The signals of this terrestrial distribution system are not scrambled).
The scrambling system used on the BBC TV Europe service is the SAVE system, manufactured by Sat-Tel Ltd.
The picture scrambling comprises inversion of the complete video waveform, the addition of a "spoiling-tone" at about six-times line-frequency, and the addition of pre- emphasis.
The sound scrambling originally comprised spectral inversion of the analogue sound signal. (In this commonly used method of sound scrambling the spectrum of the baseband audio signals is reversed by selection of the lower sideband after suppressed carrier amplitude modulation of a subcarrier in the region of 12 to 16 kHz). Since early 1989,
however, the sound scrambling has been changed to be a variable frequency-shift rather than spectral inversion. A wide-range of frequency-shifts can be accommodated and decoded and this new sound scrambling is claimed to be more secure than spectral inversion.
The SAVE system does not use over-air access control signals and therefore the "key" mainly comprises possession of a decoder. The decoders, however, һауе a user replaceable external "dongle" which programs certain parameters of the descrambling algorithms. The dongles may be changed to combat piracy.
DTH viewers pay for the service by a period subscription, which is included in the initial cost of the decoder. This grants access up to April 1991, after which the CA system is expected to change.
The SAVE system is relatively insecure and significant piracy has occurred in the past. However, the recent improvements to the system, together with legal action in the UK against suppliers of unauthorised decoders may reduce this problem.
The picture descrambling system is sensitive to non-linear distortion: the latter produces harmonics of the spoiling tone which cannot be removed in the decoder. The main cause of non-linearity in the FM satellite system is the receiver. Professional receivers used at the head-end of cable systems produce few problems in this respect, but the use of customers’ existing satellite receivers for DTH reception has given rather more variable results.
The choice of CA system to be used by BBC TV Europe after April 1991 is still under consideration and may well be influenced both by the choice made for the terrestrial PAL downloading service and by the results obtained with BBC Enterprises’ proposed service on the Olympus experimental satellite.
3.2 The Night-Time Downloading service
In February 1988, the BBC received UK Government approval for a two-year period of experimental night-time downloading broadcasts in association with British Medical Television (BMTV). This service broadcast medical news and educational programmes produced by BMTV. It was necessary to scramble the picture and sound signals mainly for reasons of medical ethics.
In January 1990, after several months of regular broadcasts to around 4000 decoders, BMTV ran into financial difficulties, and the service was suspended. Although the future of BMTV is uncertain, the BBC is keen to develop the downloading service and has set-up a new division of BBC Enterprises Ltd (BBC Subscription Ltd) to expand the service on a broader base of programming and with new CA technology (see below).
Valuable experience was gained with the BMTV service. The basic CA technology used was adapted from the Philips (RPIC) Discret-1 system which is well established (in its SECAM-L form) on the Canal Plus network in France and (in PAL B/G form) in Switzerland. In both these major applications, and in many other smaller scale applications throughout Europe, the Discret-1 system has proved very successful.
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Тһе picture scrambling of the Discret-1 system comprises moving the active-line period of the video waveform a few microseconds relative to syncs on a line-by-line basis, This system is relatively immune to the distortions inherent in the terrestrial broadcast chain, and is compatible with existing analogue video distribution systems and transmitters. Although the scrambled picture signal is not particularly opaque, and the system is not very secure, neither of these limitations proved significant in the BMTV service.
The sound scrambling of the Discret-1 system is, in common with the original SAVE system, spectral inversion of the analogue sound signal. There is some loss of quality in the descrambled sound signal due to reduced bandwidth and decreased signal-to- noise ratio. Increased buzz-on-sound was perhaps the most noticeable impairment but this was not found to be a significant problem in the BMTV service.
The standard Discret decoders had to be modified for the BMTV downloading service to include the following features:
1. ОНЕ interconnection to the VCR and receiver (normally this is a baseband connection via the SCART).
2. Automatic VCR control ма an externally connected programmable "universal" infra-red remote controller.
Both of these additional features made it significantly more difficult for the end- user to install and set-up the decoder. These installation problems were exacerbated by the signals of CA service being on-air only during the brief night-time programmes. This made it difficult for the customer to confirm that the equipment had been correctly installed and set-up. Furthermore, it was difficult to identify what had gone wrong if a VCR failed to record the downloaded programmes correctly.
Solving these installation problems is, therefore, amongst the highest technical priorities in developing the downloading service. It is also desirable to use more sophisticated CA systems which will offer better security, opacity and flexibility. The search therefore continues for a second generation CA system suitable for use in the downloading application on the BBC UHF terrestrial PAL network.
3.3 BBC Enterprises’ service on the Olympus Satellite
The BBC Enterprises service on the Olympus satellite (European beam DBS channel 20) is not yet fully operational, and the choice of CA system has yet to be finalised. The availability of suitable receiver/decoders for the target audiences is expected to be a prime factor in this choice. At present the BBC TV Europe service is carried (in clear D2-MAC) during the evenings. During the day this channel carries the EuroSTEP educational project.
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4. THE SEARCH FOR А SECOND GENERATION CA SYSTEM FOR THE BBC TERRESTRIAL DOWNLOADING SERVICE
4.1 Picture scrambling systems
| For terrestrial PAL based services the most promising contenders for a secure | picture scrambling system are Active Line Rotation (ALR) and Line Shuffling. Until |. recently, BBC work has concentrated оп ALR scrambling because of the relatively large |. amount of memory required for line-shuffling over sufficient lines to give adequate | security and opacity.
4.1.1 Active Line Rotation
Active Line Rotation (ALR) scrambling of PAL signals is closely related to the component rotation scrambling method used in the MAC/packet system [4]. As is well known, ALR scrambling comprises cutting and rotating the active-line video information so that the segments on either side of the cut-point are interchanged. In some implementations the order of the samples in one of the segments is also time-reversed. It is not, however, clear that this modification gives any advantages and it is more difficult to implement.
| ALR PAL scrambling is now, of course, becoming well established as part of the ... Videocrypt CA system which is used on some of the Sky broadcasts via the Astra satellite.
However, for VSB-AM terrestrial PAL broadcasting there has always been concern that | ALR scrambling is susceptible to line-tilt.
Line-tilt can occur due 10 a large variety of causes in VSB-AM transmission. For
| clear pictures the small resultant change in luminance from one side of the picture to the other is not perceptible for moderate amounts of tilt. However, if tilt occurs anywhere in the transmission of an ALR scrambled signal then the descrambled picture has, in effect. a low-level scrambling pattern superimposed on it. This appears as “streaky” noise.
Informal subjective tests on critical pictures (notably ones with plain backgrounds at moderate luminance levels) indicated that streaky noise becomes perceptible on the descrambled ALR picture when the line-tilt exceeds about 0.5%. (Line-tilt is defined here as the difference in amplitude between the ends of the scrambled active-line expressed as a percentage of the black-to-white excursion of the wanted luminance signal (nominally 0.7 volts)). This accords well with the results obtained for double-cut component rotation of MAC signals [4]. These and other results suggest that for the downloading service (in which the descrambled pictures are viewed after recording and replay by a domestic VCR) the maximum tolerance for line-tilt due to all contributions up to and including the descrambler should be around 1.54t.
In BBC laboratory tests to investigate the causes of line-tilt in VSB-AM receivers, it was found that inaccuracy in the vestigial sideband frequency response of the receiver is unlikely to be a major source of line-tilt. This is because, unless the vestigial sideband filter is very irregular at frequencies very close to the i.f. vision carrier frequency, the i.f. response cannot cause significant amplitude response aberrations in the very narrow band of video frequencies (less than 30kHz) which are critical for line-tilt. Thus it was concluded that VSB-AM tuners for use with ALR scrambling do not need special if. filters ог very accurate automatic frequency control.
- 311-
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It was, however, found that automatic gain control (a.g.c.) circuits are very critical in determining tilt performance: small amounts of picture- dependent ripple on the арс line were found to cause significant multiplicative distortion which manifests itself as line- tilt.
In December 1988 the BBC carried out extensive out-of-hours field-tests of ALR scrambling on its terrestrial UHF network. It was found that, of those tested, all the main stations gave acceptable (in the context of the downloading service) descrambled pictures. The measured tilt was in all cases less than 1.5% and the impairment due to scrambling less than one grade on the CCIR 5-point quality scale (results from informal subjective tests).
From the relay stations the results were more variable: in the case of the notorious chain of five relay stations in tandem from the Wenvoe main station, it was found that the tilt was not cumulative along the chain and was worst at Brecon (number three in the chain of five) where about 3% tilt was measured.
In most cases it was found that there were two components to the tilt: a line repetitive element (i.e. as if a constant amplitude luminance saw-tooth were added to the picture-signal) and a picture-dependent element. In most cases the line repetitive component of tilt was found to be such that the amplitude of the luminance signal decreased along the length of the active line. This is as would be expected if the cause were poor Lf. video response. However, in a significant number of other cases the tilt was in the other direction, as if the video response were boosted at low frequencies.
In some cases the tilt varied significantly over a time period of a few seconds. This was apparently correlated with movements of the receiving aerial (which was mounted on a 10-metre mast on the survey vehicle) in the wind. This suggests that propagation effects such as multipath also contribute to tilt.
It was also found that under some conditions of multipath propagation the cut- points on each line became visible as white or black dots (like flies) on the descrambled picture. It is believed that this effect could be reduced by providing a greater overlap at the cut-points, although this would be at the expense of a further slight decrease in the width of the descrambled picture (thus giving a narrow black border down the sides).
Further investigations have suggested that there are many different causes of tilt in the network. Itis believed that one common cause may be picture-dependent ripple in the a.g.c. circuits of transmitters and re-broadcast relay receivers.
The line repetitive component of tilt could relatively easily be removed by a simple compensation circuit in the decoders using a test-line in or near the vertical blanking to determine the correction necessary. The picture-dependent tilt would be more difficult to correct in the decoder though it has been suggested that this might be attempted by measuring the difference in the amplitudes of the ends of the scrambled line. The time- dependent tilt could be removed providing that the correction circuits can respond quickly enough.
It would, of course, be preferable to eliminate tilt from the transmission system rather than correct it in the decoder. However, given that tilt due to propagation effects cannot be thus removed, improvements to the transmission network would not completely eliminate the problem of tilt. Furthermore, it seems unlikely to be economically feasible to reduce tilt to the required tolerance throughout the existing BBC network, particularly since it was found that the tilt introduced by transmitter stations changed significantly between two sets of measurements a few months apart.
Thus it is concluded that ALR scrambling could be used for the downloading service providing that it is accepted that either:
Some viewers, especially those who watch via a relay station (less than 10% are thus served), will see perceptible streaky noise on their descrambled pictures.
or
Decoders should include tilt-correction (yet to be designed and proved effective).
4.1.2 Line-shuffling
There is much less information yet available about the suitability of line-shuffling picture scrambling systems. However, providing the shuffling interval is sufficiently large, the opacity can be similar to that of ALR scrambling and it avoids the problems of line- tilt. Field-tilt could, however, be troublesome unless very effective clamping is provided. Moreover, for PAL signals (with SECAM this problem does not occur) there may be a problem in making line-shuffling secure: this is because if the colour-burst is shuffled with the associated active-line then the phase of the burst gives a strong clue as to where the line belongs in the descrambled frame. Alternatively, if the burst is not moved with the associated active-line, then timing-jitter and propagation delay fluctuations could be troublesome.
The BBC is currently investigating line-shuffling scrambling systems as a possible alternative to ALR for the downloading service.
42 Sound scrambling systems
4.2.1 Analogue FM sound
The most commonly used method of scrambling sound signals for broadcast via the analogue FM channel is the spectral inversion method outlined above. Although insecure, itis moderately opaque and provided care is taken in implementing the system (especially | the filtering) moderately good quality sound signals can be delivered.
There are few viable alternatives to spectral inversion if analogue transmission is to be used. Frequency shifting, as in the present BBC TV Europe system, may offer slightly better security but is less opaque.
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Another approach involves dividing the analogue sound signal into segments in the time domain and then transmitting the segments in a random order or time reversing each segment, or both. This method offers moderate opacity for speech signals although music is poorly disguised. Using a large number of segment permutations the system could be made secure.
One major problem with this method, however, is the need to provide markers to identify the boundaries of the segments in the decoder. The vision signal cannot be used for this purpose because in a complex terrestrial distribution network there is variable time delay between the paths taken by the vision and sound signals. In a BBC experimental system a low-level pseudo-random binary sequence, conveyed at very low level in the analogue audio channel itself, and recovered by correlation in the decoder, was used with some success. However, the system was impaired by distortions in transmission and causes large delays in the sound signal path (and therefore needs compensatingly large delays in the vision signal path). This system has, therefore not been developed further.
4.2.2 NICAM 728 digital sound
The NICAM 728 digital sound system, which was developed by the BBC for use with its terrestrial PAL broadcasts [5], could relatively easily be adapted to convey the digitised sound signals in scrambled form. This would, of course, provide a secure and transparent system capable of conveying two high-quality sound signals. Indeed NICAM 728 signals are already scrambled for energy dispersal purposes and it would be a relatively simple matter to replace the simple linear-feedback pseudo-random binary sequence (prbs) generator used for this purpose by a secure CA sequence generator. This could be similar to those specified to scramble the sound signals in the MAC/packet system.
However, at present only one main BBC transmitter (at Crystal Palace in London) is yet equipped for NICAM broadcasts, and even by the autumn of 1991, when the BBC plans to start a NICAM 728 service, only ten of the main stations (covering about 74% of the population) will be equipped for NICAM. Therefore NICAM 728 cannot, in the | near future, be used on its own to convey scrambled sound signals for the downloading | service. |
Nevertheless, BBC Research Department is developing an experimental CA | NICAM system. This might be used on the downloading service to provide better quality | and stereo sound where NICAM reception is available. И might also be used on the BBC | TV Europe satellite service if that continues to use PAL after April 1991. |
4.3 Access control systems |
Access control systems and the associated encryption of the over-air data are in principle independent of the coding used for the picture and sound signals or the medium used to convey them. Accordingly, it would seem feasible to adopt for BBC use the security module, subscriber management systems etc. used in any other CA system, independently of whether it was designed for MAC/packet, PAL or SECAM services.
~ 314 - |
This could provide the flexible and secure access control system which the BBC, in common with most other operators of CA services, expects to need. By adopting an existing access control system there would be obvious economies of scale in the production of equipment and software, and the possibility of synergistic sharing of subscriber management systems.
However, one significant difference between PAL broadcasts and MAC/packet services in this context is that PAL broadcasts do not inherently provide a means of conveying the data-signals needed by CA systems. There are, however, a variety of proven methods for adding data signals to PAL broadcasts.
The Discret-1 system conveys the data needed to synchronise the decoders and to provide tiering information using a low-rate data-signal conveyed in a line at the bottom of each active field. This is reblanked in the decoder and so the data is not visible on the descrambled picture. Whilst such a low-rate data system is highly reliable, it cannot provide the data capacity needed for an over-air addressed system, if that option is needed. For over-air addressing in a terrestrial PAL service, teletext conveyed in the vertical blanking seems to be the only viable system.
The suitability of teletext to convey CA data has been studied in a number of over- air tests. These tests were somewhat inconclusive: it was found that using a professional quality teletext receiver/decoder adequately reliable teletext reception was possible at all reception sites within the service area. However, it was also found that teletext reception is significantly more fragile, especially under conditions of multipath propagation, than the other elements of the CA systems tested.
These tests could not, however, establish, what proportion of viewers could receive teletext adequately reliably using their existing aerials. This factor could be important in the development of a downloading service since the cost of checking and improving aerial systems might significantly affect the economics of the service.
There are, of course, possible ways of improving the ruggedness of teletext reception using echo-cancellers and/or enhanced error protection on the CA data. These possibilities are under study.
4.4 Programme delivery control system
As mentioned above, automation of the VCR recording functions under the control of the broadcaster via over-air signals is regarded as essential for the development of night-time downloading services.
In the BMTV downloading service automatic initiation of recording was achieved by triggering the VCR to record whenever the Discret decoder detected the presence of a Discret signal which it was authorised to receive. When the Discret signal was removed from the network at the end of the downloading programme, or changed to another tier, the decoder ceased to be authorised and thus after a short-delay, the VCR was stopped and put into standby.
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No special over-air data for VCR control (other than the standard Discret control signals in line 310 of each frame) was required. Although this simple system was adequate for the BMTV application, a more flexible programme delivery control system, allowing, for example, the decoder to be switched to another channel, is desirable.
There are many commonalities here with the proposed Programme Delivery Control (PDC) systems which are under study in the EBU [6]. The use of a PDC system seems to offer the best way of controlling the VCR for downloading CA programmes. In the short-term, however, existing VCRs will not have PDC functions built into them. Therefore, if it is necessary to use the customers’ existing VCRs for the downloading service, the preferred solution seems to be to build a PDC decoder into the CA decoder and use it to operate the VCR ма a "universal" infra-red controller.
5. CONCLUSIONS
The choice of CA systems for use in the BBC’s two initial ventures into subscription television (the BBC TV Europe service and the BMTV night-time downloading service to doctors) was limited by the need for assured availability of equipment for an imminent start of service and a proven track-record of the basic CA technologies used. With these constraints, the systems chosen were inevitably relatively simple first generation CA systems which did not entirely meet all the ideal requirements. Nevertheless, valuable experience has been gained with these systems, and they have pointed the way towards more sophisticated systems which can fulfil the needs of longer term developments of these services.
The BBC remains keen to develop the market for subscription television. A new team in the recently formed BBC Subscription Ltd is urgently studying the choice of CA system for use in the terrestrial night-time downloading service which they plan to re- launch with new technology and broader based programming early in 1991. In the meantime, the BBC TV Europe service on Intelsat V continues and a new BBC
Enterprises service on the Olympus experimental satellite is planned to start later this year.
6. ACKNOWLEDGEMENTS
The author is grateful to the Director of Engineering of the BBC for permission to publish this paper and also wishes to acknowledge the contributions to this work by his colleagues at BBC Research Department, and at BBC Enterprises Ltd.
UN MODULE DE SÉCURITE DÉTACHABLE
POUR LA TÉLÉVISION À PÉAGE
Pascal BENOIST Bull CP8
1 rue Eugène Henaff BP 45
78193 TRAPPES FRANCE
Tél : +33 (1)30 69 54 01
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RÉSUMÉ
La mise en œuvre d'un système de télévision à péage oblige à trouver des solutions aux problèmes induits par le mode de paiement souhaité.
Pour remplir sa mission, un tel système doit être gérable, efficient, fiable et sécuritaire. Pour atteindre ces objectifs, la solution retenue est basée sur l'utilisation d'un module de sécurité détachable, la carte PC2.
Ce module enregistre les droits d'accès au programme et sert de "clé" d'accès au téléspectateur. La technologie "carte à microcalculateur" utilisée lui confère toutes les propriétés dont il a besoin et ce, à un coût minimum. Enfin, elle le rend "portable" ce qui offre de nombreux avantages : ceci individualise les droits, permet l'uitilisation sur tout décodeur EURO- СКҮРТ...
Produit de haute technologie, la carte PC2 permet а mise еп œuvre des mécanismes complexes d'EUROCRYPT le plus simplement du monde.
ABSTRACT
Developing a Pay TV system requires answers to problems due to the expected pay mecha- nism.
To be relevant, such a system must be efficient, reliable, secured and easy to manage.
To overtake these requirements, a solution based on a removable security module, the PC2 card, has been selected. This security module stores entitlements records ans is used as а key to access programs. The micro computer card involved brings to the system all the necessary properties for a minimum price.
It makes the system removable thus providing numerous advantages, personal access rights handling, availability on any decoder...
High technology supply, PC2 allows the use of EUROCRYPT's complex mechanisms, as easily as possible.
TABLE DES MATIERES
LA CARTE PC2 FONCTIONNEMENT DE PC2 CONSTITUTION DE LA CARTE LE PROJET PC2
Ф oC N е
1 LA CARTE PC2
La carte PC2 est la clé d’accès aux images cryptées par le système Eurocrypt. Placée dans les décodeurs, elle permet :
2 s ЕО
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La carte calcule "à la demande” les mots de contrôle qui servent au décodeur de clé pour désembrouiller limage et le son.
La modification permanente de ces mots de contrôle rend indispensable la présence de la carte dans le décodeur.
Е A Й , xn
A chaque demande de mot de contróle venant du décodeur, la carte vérifie о dispose des titres d’accés donnant droit au programme associé au mot
e contrôle. Le cas échéant, la carte enregistre l'accès à un programme et effectue le décompte des titres correspondant. Il est ainsi possible de contrôler en permanence les titres d'accès au programme en cours selon divers critères :Théme, niveau, durée, décompte de séances ....
Grace a la кошш de désembrouillage utilisée, tous les contrôles se font
en temps réel par la carte elle-même. Le décodeur est neutre vis à vis de ces contrôles.
. . , СИА Е .
La carte offre un ensemble de fonctions permettant la gestion des titres d’accés par les différentes entités impliquées dans son exploitation et се aussi bien dans des centres de distribution ou d’entretien ау à domicile, dans le décodeur lui-même.
Ces fonctions permettent à l'émetteur de la carte (c’est-à-dire l'entité chargée de gérer la carte dans son ensemble) la création et la suppression de services, et aux titulaires de services (généralement des fournisseurs de programme) la création, la mise à jour où l’annulation de titres d’accés.
Pour toutes ces fonctions, PC2 gère automatiquement l'ensemble des "contingences" techniques et sécuritaires qui en découlent ou qui sont nécessaires à la gestion de la carte elle-méme. Ainsi les terminaux ou les décodeurs n'ont à leur charge que la gestion des données applicatives. PC2 est une carte "intelligente".
- 320 –
CONSEQUENCES DE CE CHOIX :
Le module de sécurité ainsi réalisé se présente sous la forme d’une carte aux normes ISO (carte de crédit), multi-prestataires, et interopérable.
Parfaitement portable et détachable, elle effectue le lien entre son porteur (le titulaire) et les titres d'accés, qui deviennent eux-mêmes portables. Il n'y a plus aucune condition d'accès associée au décodeur.
La sécurité s’en trouve accrue d’autant, et ce au moindre coût :
- La carte, réputée inviolable et impossible à copier est un véritable coffre fort pour les titres d’accés.
- Les outils de gestion de la carte permettent l'exploitation et la mise à jour des titres dans la carte elle-méme, donc sans risque de falsification.
- Le décodeur n'a plus à gérer d'éléments sécuritaires ce qui en diminue les coüts et facilite leur gestion.
Enfin, les fonctions de gestion sophistiquées offertes par la carte PC2 réduisent au minimum les opérations de gestion à la charge des émetteurs de cartes et des fournisseurs de programmes.
2 FONCTIONNEMENT DE PC2
РС2 utilise principalement des outils cryptographiques pour mener à bien sa mission sécuritaire. Il faut bien retenir que la résistance à la fraude du dispositif est sa principale raison d’être et que les cartes étant largement distribuées, sans limitation de durée ni contrôle de leur "utilisation", les techniques utilisées doivent en conséquence, pouvoir résister à des attaques organisées, commises par des experts munis de moyens sophistiqués. L'utilisation du "SPOM" (décrit plus loin) et de techniques spéciales de gestion permettant d’atteindre ce but pour le stockage de données dans la carte et pour tous les traitements effectués par la carte.
Des moyens spéciaux ont été mis au point pour acheminer les données de contrôle et de gestion des titres d'accès de manière " incorruptible" depuis les émetteurs de signaux jusqu'aux cartes qui sont dans les décodeurs.
LES EMC :
Les ECM (Entitlement Control Message) servent à transporter de manière
incorruptible les mots de contrôles et les conditions d’accés aux programmes associés.
1 Le mot de contrôle est transporté "chiffré". Seul un outil disposant de l'algorithme permettant је déchiffrement et d'une clé associée au service pourra restituer le mot de contrôle. Avec PC2, algorithme et clé sont résidants dans la carte et réservés à cet usage. La clé peut être modifiée en temps réel sur requête du prestataire de service.
2 Les conditions d'accés sont transmises "en clair" dans l'ECM. La carte les
compare aux titres d’accès disponibles avant de déchiffrer le mot de contrôle associé.
3 Un sceau garantit l'intégrité du message reçu. Ce sceau est calculé sur les conditions d'accés et sur le mot de contrôle chiffré. Il est vérifié préalablement à tout autre traitement par la carte. Il protège ainsi le système contre toute altération des conditions d'accés associées aux mots de contróle.
Le traitement de ces messages ECM par la carte PC2 conduit à restituer au décodeur les mots de contróle en clair qui lui permettront de désembrouiller image et son uniquement lorsque les titres d'accés le permettent et bien sûr, lorsque la preuve de l'authenticité des messages a été établie.
LES EMM i
Ces mess (Entitlement Management Message) permettent d’exploiter les différentes fonctions de gestion offertes par PC2.
Globalement, ils sont basés sur les mêmes techniques que les ECM pour atteindre le niveau de sécurité requis :
1 Les données "confidentielles" sont transmises chiffrées à la carte : le circuit de la carte les déchiffre uniquement pour les enregistrer dans la mémoire permanente. En aucun cas ces données ne seront restituées en clair par la carte. Ceci permet la "TELE-ECRITURE" de clés secrètes, nécessaire aux mises à jour ou création de services.
2 Les messages sont protégés par un scellement qui les rend inaltérables Aucune donnée falsifiée - ou erronée - ne sera traitée par la carte.
3 Un mécanisme de sélection permet aux cartes de reconnaître et de sélectionner les messages qui leur sont destinés.
Il est ainsi possible d'émettre des données destinées à toutes les cartes, de sélectionner un groupe de cartes voire d'envoyer une mise à jour destinée à une seule carte.
Les EMM seront utilisés pour mettre à jour les titres d'accès sans que les cartes n'aient à sortir du décodeur, pour transmettre des clés "secrétes", pour créer ou annuler des services ....
Les messages ECM et EMM suffisent pour exploiter une carte PC2 : Intelligente, la carte PC2 détermine elle-méme tous les éléments techniques dont elle a besoin.
3 CONSTITUTION DE LA CARTE
La carte est constituée d'un microcalculateur "SPOM" - Self Programmable One Chip Micro Calculator - programmé par un masque adéquat, le masque PC2 inséré dans une carte plastique imprimée.
Le SPOM met en oeuvre des techniques très spéciales qui seules garantissent la sécurité finale :
- Réunion sur un seul "chip" de tous les constituants : mémoire, microprocesseur, programme, couplage.
Ainsi, il n’y a pas de "BUS" accessible entre ces éléments.
- Utilisation de mémoire ineffaçable pour les programmes et certaines données.
- Présence de bits "anti-effacement" interdisant toute tentative de corruption de la mémoire.
Ainsi, seuls les accés mémoires permis sont ceux autorisés par le programme du masque et l'utilisation de fonctions du masque (y compris les fonctions cryptographiques) est elle-méme soumise aux régles programmées dans le masque.
LE MASQUE :
est le systéme d'exploitation implanté dans la mémoire permanente du circuit. Il en gere les différents composants, contrôle tous les accès et flux extérieurs de données. il est spécifique d'une application : PC2 est caractérisé par son masque.
Il comporte un ensemble de fonctions sécuritaires (Algorithmes, moyens de diversification, gestion de protection de zones etc...) utilisées par l'application.
PC2 gére deux types d'entités logiques :
- L'émetteur, unique pour chaque carte gère la carte (attribution ои annulation de services), possède le PIN de la carte (Personal Identification Number) qui protège certaines opérations ainsi que les données se rapportant à la carte tel que l'adresse unique etc.. Il possède une clé secrète pour effectuer ces opérations à l’aide du mécanisme ФЕММ décrit plus haut.
L'émetteur peut aussi posséder une clé d'exploitation permettant le déchiffrement des ECM ainsi que des titres d'accès.
- Les services, dont le nombre n'est limité que par la place disponible (50 services sont aisement envisageables dans la première version).
- 323 -
- 324 -
Chaque service est créé par l'émetteur qui lui attribue une clé de gestion initiale. Toutes les autres données du service : paramètres, clé d'exploitation, nouvelle clé de gestion, titres d'accés sont transmises sous contróle de la clé de gestion, par le titulaire du service lui-méme.
Les fonctions principales de PC2 sont :
- Sélection des messages, contróle d'authenticité
- Déchiffrement des mots de contrôle avec contrôle des conditions d’accès (traitement des ECM) |
- Mise à jour des entités émetteur et services par télé-écriture (traitement des EMM)
- Gestion des titres d'accés au cours des opérations d'exploitation où de mise à jour.
Enfin, une extension du masque PC2 dite “Carte mère” permet de réaliser les cartes qui génèrent les EMM et les ECM dans les différents processus d'exploitation du système. Ces cartes mère offrent principalement des fonctions "réciproques" des fonctions des cartes utilisateur.
РС2 est une carte de haut niveau logique dont les ordres très simples mettent еп oeuvre des ensembles complexes de services. La réalisation de fonctions complexes se trouve ainsi simplifiée à l'extrême.
4 LE PROJET PC2
L'intégration d'une carte à microcalculateur dans un système nécessite d'effectuer les étapes suivantes :
- Définition d'une architecture de sécurité et des fonctions attendues des "modules de sécurité" (étude préliminaire).
- Choix d'un composant "SPOM" susceptible d'accueillir les fonctions du module de sécurité.
- Etude et réalisation du masque, puis mise en production du masque.
L'étude préliminaire définissant les fonctions du module de sécurité peut conduire à utiliser un composant disponible "sur l'étagére" avec un masque existant.
Dans le cas de PC2, c'est de la collaboration entre Bull CP8 et le CCETT qu'est
née la carte PC2. Bull CP8 a apporté son savoir faire issu de plusieurs études
ене concernant la carte en général, la gestion d'abonnements, la télé- criture etc...
En complément de la réalisation d’une carte, il importe de construire un système. Bull CP8 a apporté son expérience et son savoir faire dans la conception et la réalisation d'outils permettant la gestion des secrets du système, ainsi que la création et l'exploitation de cartes "de service" nécessaires au fonctionnement et à l'exploitation dudit système (cartes-mères).
Conclusion :
Le rôle de Bull CP8 dans la conception et la réalisation d’un tel système à cartes de haut niveau technologique ne se limite pas pour Bull CP8 - ni pour chacun des industriels impliqués - à la simple “sous-traitance” d’un des constituants du système. La mise en oeuvre d'un système tel qu'Eurocrypt est en fait un projet stratégique, de portée Mondiale qui fait appel à tout le savoir faire et à toutes les ressources de l’entreprise pour une participation active à la réussite du projet.
C'est à cette condition qu'ont pu паше simultanément l'ensemble des composantes du système, qui deviendra, espérons le, un standard universel.
UN NOUVEAU PROCÉDÉ D’EMISSION
: DE CARTES MULTI-SERVICES
Didier ANGEBAUD, Jean-Luc GIACHETTI CCETT
4 rue du Clos Courtel
BP 59
35512 CESSON SÉVIGNÉ Cedex
FRANCE
Tél : +33 99 02 46 35, +33 99 02 47 87
RÉSUMÉ
Cet exposé présente un procédé d'émission de carte à mémoire multiservices associé à un système opératoire original permettant une plus grande souplesse dans l'ouverture et la gestion de nouveaux services. Les techniques utilisées font appel aux algorithmes cryptographiques à apport nul de connaissance. Un premier prototype de carte utilisant ce procédé d'émission est en cours de réalisation. Il utilise le nouveau microcontrôleur 8-bit (83C852) de Philips Components.
TABLE DES MATIÈRES
1 L'ÉMISSION DES CARTES AUJOURD'HUI 2 PEUT-ON IMAGINER UN PROCÉDÉ PERMETTANT D'ÉMETTRE DES CARTES DANS DE MEILLEURES CONDITIONS ? 2.1 Présentation 2.2 Algorithme utilisé 2.3 Présentation de l'algorithme à apport nul de connaissance 2.4 Carte multi-services 2.5 Réalisation de la nouvelle carte 3 VIE DE LA CARTE 3.1 Emission де la carte 3.2 Méthode d'ouverture d'un service 4 | SCHÉMA DU NOUVEAU SYSTEME OPÉRATOIRE 4.1 Description 4.2 Compléments pour les services diffusés
- 328 -
1 L'ÉMISSION DES CARTES AUJOURD'HUI
Mais qu'est-ce donc qu'une carte à microprocesseur ? Si l'on ne prend pas en considération les caractérisques physiques de l'objet en question, la réponse est moins simple qu'il n'y parait. Il faut peut-être formuler la question ainsi : qu'est-ce qui confère à un morceau de silicium la qualité de module sécurisé ? Bien sûr, sa capacité à protéger physiquement des secrets gráce à sa mémoire inviolable, et à effectuer des calculs cryptographiques intervient dans la réponse. Mais outre ces fonctions physiques, il en est d'autres d'ordre logique dont les principales sont :
- La fonction d'intégrité qui permet de garantir l'authenticité de la carte et l'origine des informations échangées.
- La fonction de confidentialité qui permet d'échanger secrétement des informations avec la carte.
Ces deux fonctions logiques sont notamment essentielles dans les applications à caractère multi-services.
| Avant d'être réellement sécurisée, une carte à microprocesseur doit donc intégrer | l'ensemble de ces fonctions et pour cela, subir trois épreuves initiatiques sans lesquelles la confiance ultérieure qu'on pourrait lui accorder serait gravement compromise :
- Та fabrication - l'encartage - l'émission
Une dernière phase de personnalisation précède enfin la mise en circulation de la carte. Différents mécanismes de sécurité permettent le passage d'une phase à une autre. Les mécanismes mis en œuvre lors des deux premières étapes de la vie de la carte sont destinés à protéger la puce jusqu'à sa remise à l'émetteur. Ils ne sont plus actifs après l'émission de la carte : le fabricant et l'encarteur n'ont en effet aucun rôle à jouer par la suite.
Les étapes de fabrication et d'encartage permettent à la carte de disposer de l'ensemble de ses fonctions physiques, tandis que les fonctions logiques décrites précédemment sont actuellement intégrées à la carte par l'émetteur, lors de la phase d'émission. Pour cela, l'émetteur inscrit un secret appelé secret émetteur qui n'est connu que de lui.
Les techniques cryptographiques utilisées aujourd'hui reposent sur des algorithmes à clé secrète, avec une hiérarchie de clés cryptographiques secrètes. L'émetteur dispose d'une clé maîtresse. Le secret émetteur est une clé secondaire obtenue par diversification de la clé maîtresse grâce à un paramètre propre à chaque carte, tel que par exemple le n° de série de la carte ou le n° de compte de son porteur. Chaque module de sécurité dispose de la clé maîtresse pour reconstituer la clé diversifiée de la carte à laquelle il s'adresse.
Le secret émetteur permet donc de réaliser les fonctions d'intégrité et de confidentialité par application d'un algorithme à clé secrète. Dans les masques récents (PC2, MP, TB100), le secret émetteur est en fait constitué de deux clés diversifiées : la clé d'intégrité et la clé de confidentialité, permettant ainsi de séparer ces deux fonctions qui restent malgré tout sous le contrôle de l'émetteur.
L'étape d'émission telle qu'elle vient d'être décrite, présente quelques inconvénients importants dans le cadre d'une application multi-services.
En premier lieu, l'émetteur contrôle seul les fonctions d'intégrité et de confidentialité, puisqu'il est le seul à connaître les clés secrètes permettant de mettre en oeuvre ces fonctions. Par conséquent, l'authenticité de la carte ou l'intégrité d'un message émis par elle ne peut être vérifiée que par l'émetteur. De plus, cette vérification
P. | е - 329 –
met en oeuvre un secret essentiel qui est la clé maîtresse de l'émetteur. Or, dans une application multi-services, nous préférons une méthode de vérification publique et sans secret partagé. D'autre part, le contrôle qu'exerce l'émetteur sur la fonction de confidentialité oblige tout nouveau prestataire désirant inscrire sa première clé de service à déléguer cette opération à l'émetteur. Or, il n'est pas sécurisant pour un prestataire de déléguer, même à l'émetteur, l'inscription des premières clés de son service.
La méthode d'émission actuelle présente donc l'inconvénient de donner à l'émetteur un rôle primordial tout au long de la vie de la carte, même si une autonomie relative peut être cédée aux différents prestataires autorisés. L'objet de cet exposé est de présenter une méthode d'émission de carte permettant après cette étape d'établir malgré tout des relations directes prestataires/usagers et ce, en toute sécurité pour l'un et l'autre.
2 PEUT-ON IMAGINER UN PROCÉDÉ PERMETTANT D'ÉMETTRE DES CARTES DANS DE MEILLEURES CONDITIONS ?
2.1 PRÉSENTATION
Cette méthode pour ce faire, devrait répondre à d'autres critéres que les procédés conventionnels, à savoir :
* L'émetteur est seul apte à valider la fonction d'intégrité. En revanche, la méthode de vérification doit étre publique. En particulier, une carte doit pouvoir étre identifiée comme telle durant toute son existence sans nécessiter la connaissance d'un secret par le vérificateur.
* La carte est autonome quant au choix du secret de confidentialité. Cette fonction n'est plus contrôlée par l'émetteur, mais par la carte elle-même. Ainsi, tout nouveau service habilité souhaitant protéger l'inscription dans la carte de sa clé secréte peut le faire sans intervention de l'émetteur.
* l'émission est une étape indispensable dans la vie de la carte mais la mise en service de celle-ci doit mettre fin à cette étape de manière définitive. L'émission devient alors une sorte d'agrément délivré par une autorité compétente. Elle peut étre une opération pouvant, par exemple, être confiée à l'encarteur.
* La fonction d'intégrité peut être élargie : permettre, par exemple, à la carte de reconnaitre la catégorie ou le groupe de prestataires habilités à l'utiliser. Mais ce processus ne doit pas préjuger de l'avenir et doit permettre au contraire à tout nouveau prestataire de proposer ses services à la carte sans intervention de l'autorité.
* Aprés la mise en service de la carte, une donnée secréte (clé ou accréditation) doit pouvoir étre écrite de facon süre en mémoire de la carte.
2.2 ALGORITHME UTILISÉ |
La méthode proposée utilise la cryptographie à clé publique qui permet à deux individus de s'authentifier très simplement sans échange d'information confidentielle.
Le principal algorithme utilisé est un algorithme démonstration à apport nul de connaissance permettant de vérifier grâce à une clé publique que la carte possède en son sein une valeur secrète. Cette valeur secrète sera par la suite appelée accréditation. Il est très difficile de calculer une accréditation si оп ne connait pas la clé secrète associée à la clé publique de l'algorithme. Par contre, la vérification de cette accréditation est facile. Pour des raisons de sécurité, l'accréditation doit être différente pour chaque carte et maintenue secrète.
- 330 -
і | |
2.3 PRÉSENTATION DE L'ALGORITHME А APPORT NUL DE CONNAISSANCE
La notion d'algorithme cryptographique à apport nul de connaissance est apparue aux Etats-Unis en 1986. Cette technique a, depuis, largement progressé et un tel algorithme implémentable sur carte à microprocesseur а été récemment breveté par Louis GUILLOU (CCETT) et Jean-Jacques QUISQUATER (Philips).
Le principe est le suivant. Dans les applications actuelles utilisant la carte à microprocesseur, toute opération cryptographique entre le vérifié et le vérificateur nécessite ou entraine la connaissance de la valeur confidentielle du vérifié par le vérificateur (soit le vérifié lui transmet cette valeur, soit il sait la recalculer).
Avec l'algorithme à apport nul de connaissance, le vérificateur n'a pas besoin de connaître la valeur confidentielle du vérifié. Celle-ci n'est jamais transmise, même sous forme codée. Le vérificateur n'a besoin d'aucun secret pour contrôler le vérifié. Il y a donc moins de risques pour les valeurs confidentielles et moins de problèmes pour leur gestion.
D'autre part, l'algorithme à apport nul de connaissance permet de réaliser les schémas d'authentification (la carte de l'usager s'authentifie auprès de l'organisme ou du service souhaité), de signature (la carte signe un document pour en assurer à Ја fois la provenance et l'intégrité), et de multisignature (plusieurs usagers munis de leur carte signent en méme temps un méme document ou une information inscrite dans la carte par exemple ; la multisignature n'étant valable que lorsque tous les usagers ont signé). Il est possible également avec cet algorithme d'envisager une authentification réciproque : la carte de l'usager А ашћепиће celle de l'usager В et vice-versa.
2.4 CARTE MULTI-SER VICES
La carte multi-services utilisant l'algorithme à apport nul de connaissance n'est pas dédiée à une application unique. Elle peut dépendre de plusieurs autorités indépendantes, toutes placées sur un même plan d'égalité. А terme, cette carte pourra par exemple être vendue en magasin, et son propriétaire ira lui-même acquérir ses habilitations auprès des services qu'il souhaite. La notion d'émetteur disparait après la mise en circulation de la carte.
Néanmoins, il reste la possibilité d'utiliser cette carte de manière plus traditionnelle, en la limitant à une seule application.
- 332 -
mali + services
2.5 RÉALISATION DE LA NOUVELLE CARTE
Un marché d'étude a été passé par le CCETT pour la réalisation d'un premier prototype de la carte décrite ci-dessus. Ce marché prend fin en décembre 1990. Le microprocesseur utilisé est le nouveau 83C852SC de Philips RTC disposant d'une mémoire ЕЕРКОМ (c'est à dire facilement effaçable et reprogrammable) de 2 K octets. Ce microprocesseur n'est pas encore disponible sur le marché, mais le premier émulateur est disponible depuis Mai 90 et le circuit définitif est prévu pour fin 90. La maquette obtenue à l'issue du marché d'étude utilisera l'émulateur et il sera facile, à partir de là, de réaliser une carte commercialisable utilisant la version finale du microprocesseur.
Quelques chiffres : - Fin du marché d'étude : déc. 1990. - Date de sortie sur le marché du 83C852SC : fin 1990. - Coût objectif du microprocesseur : <= 30 Francs. - Durée de vie de la carte : quasiment illimitée, puisque la mémoire EEPROM de la carte peut être recyclée et reprogrammée.
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3.1 ÉMISSION DE LA CARTE L'état de la carte évolue alors de la façon suivante : a - fabrication, encartage :
А ce stade, la carte se voit attribuer un numéro de série et des paramètres propres à l'émetteur (clé de fabrication). Munie de ces valeurs et après mémorisation de cet état par la carte grâce à des verrous, la carte est dite fabriquée. А l'issue de cette opération, la plupart des fonctionnalités de la carte sont bloquées. L'écriture et la lecture sont protégées.
b - émission, personnalisation :
Grâce à la clé de fabrication, l'émetteur libère certaines fonctions de la carte propres à la phase d'émission.
3 VIE DE LA CARTE
|
| • Lors de la phase d'émission, l'émetteur contrôle l'inscription dans la carte des
| paramètres d'initialisation nécessaires. Cette opération doit être effectuée dans un local sécurisé et dans des conditions garantissant l'authenticité de la carte. L'émetteur se porte
| garant de son bon déroulement et en certifie 1е résultat. А ce stade, la carte possède, au
| moins, une accréditation secrète caractéristique authentifiée par l'émetteur
| Se portant garant du bon déroulement de cette opération l'émetteur реш alors
| attribuer à la carte, une identité et une accréditation secrète associée dont la détention par
| la carte pourra être vérifiée ultérieurement grâce à l'algorithme GQ.
|
|
Eventuellement, l'émetteur "apprend" à la carte à reconnaître une catégorie de prestataires habilités.
Bien sûr, au passage, l'émetteur а pu configurer la carte pour un type d'application donnée et ainsi définir les limitations d'usage souhaitées.
П reste à l'émetteur à inscrire un certain nombre d'informations telles que : - code porteur court - code porteur long ou alternatif. - conditions d'ouverture de services éventuelles.
Le code porteur court est le code d'utilisation courante pour les opérations de lecture/écriture de données confidentielles ou lorsque l'accord du porteur est nécessaire pour effectuer une opération faite par un tiers ( prestataire de service).
Le code porteur long est utilisé pour les opérations de réhabilitation si un blocage est désiré lorsqu'un certain nombre de codes porteurs courts faux consécutifs ont été présentés à la carte.
Une procédure de réhabilitation mettant en œuvre le code porteur court et une accréditation délivrée par un prestataire choisi par le porteur est aussi envisageable.
Les codes porteurs peuvent également être inscrits ultérieurement ou changés par le porteur, sous contrôle d'une autorité habilitée reconnaissable par la carte.
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А l'issue de cette opération, l'émetteur positionne les verrous adéquats, et libère ainsi les fonctionnalités de la carte. Tous les éléments nécessaires à l'évolution de la carte sont alors présents.
La carte peut alors être délivrée ou vendue à un utilisateur. Le porteur devient le seul maître réel. П est toutefois assujetti aux restrictions d'utilisation inscrites dans la carte à l'émission.
La carte est autonome et apte à reconnaître les prestataires habilités. L'ultime personnalisation se fera lors de l'ouverture de services.
Parallèlement, l'émetteur distribue aux prestataires habilités, présents ou à venir, une carte prestataire leur permettant d'ouvrir un service au sein des cartes émises.
3.2 MÉTHODE D'OUVERTURE D'UN SERVICE
La méthode d'émission proposée se révèle particulièrement efficace pour ouvrir de nouveaux services au sein de la carte. Le déroulement des opérations est alors le suivant :
La carte et le prestataire s'authentifient mutuellement. La carte éventuellement peut rejeter le prestataire si celui-ci ne fait pas partie de la catégorie de prestataires qu'on lui a "appris" à reconnaître.
Le prestataire ouvre une zone prestataire avec accord du porteur, si celui-ci a configuré sa carte ainsi. Il y inscrit alors : - une identité de service comprenant éventuellement tout ou partie de l'identité porteur. - un ensemble de droits et contróle lié au service - ses paramétres publics
Il calcule alors grâce à ses paramètres secrets l'accréditation du porteur dans le service puis inscrit cette accréditation en zone prestataire.
Gráce aux paramétres publics et aux accréditations secrétes inscrites dans la carte toutes les opérations sont possibles au sein d'un méme service :
- authentification de la carte par le prestataire. - authentification du prestataire par la carte. - authentification entre cartes appartenant au méme service.
Tous les calculs de certificats et signatures correspondants sont également possibles.
Les opérations de chiffrement peuvent étre limitées au transfert d'information vers la carte ( écriture de valeurs secrétes).
4 SCHÉMA DU NOUVEAU SYSTEME OPÉRATOIRE
4.1 DESCRIPTION
Le nouveau systéme opératoire présenté tire profit de la méthode d'émission et des techniques d'ouverture de nouveaux services décrites au chapitre précédent.
L'architecture générale suit les recommandations du document ISO/IEC JTCI/SC17/WGA4/N552 et N553. Elle est décrite par le schéma ci-dessous :
L'émission de la carte cor- respond à l'inscription des in- formations du MF (Master File). Chaque nouveau prestataire, re- connu comme tel par la carte et éventuellement sous contrôle du porteur, crée son DF (Dedicated File) ainsi que les fichiers appli- catifs EF (Elementary File) dont il a besoin, en choisissant les conditions d'accès pour chacun de ces fichiers.
Les EF communs à toutes les applications sont rattachés au MF (exemple : EF contenant le code porteur long ou court, fichier géré par une fonction porte-monnaie commune aux applications ...).
Chaque application peut ou- vrir un SDF (Sub Dedicated File) pour permettre à un autre presta- taire de service d'accéder à ses fichiers.
Les fichiers de type MF, DF et SDF sont organisés à peu près de façon semblable.
Les fichiers de type EF sont organisés de la façon suivante:
• un en-tête constitué : - des conditions d'accès pour les actions décrites au paragraphe suivant, - de diverses combinaisons des conditions d'accès associées aux actions suivantes: > lecture du champ de données > écriture dans le champ de données (voir ci-dessous), > modification du champ de données • un champ de données.
Il peut y avoir de nombreux types de EF en fonction des données qu'ils contiennent: - code secret, - jetons, - accréditations, - transactions, - messages, - zone de ratification, - paramètres d'accès conditionnel complémentaires doté d'une structure plus ой moins complexe (date de validité, classe, thème, niveau). - clés pour autre algorithme, - etc...
L'interprétation de ces différentes données est, dans une large mesure, liée à l'application.
- 335 -
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4.2 COMPLÉMENTS POUR LES SERVICES DIFFUSÉS
Dans lé cadre d'un service diffusé, les algorithmes utilisés doivent être non- intéractifs. Les échanges dans le sens carte -> prestataire, sans être impossibles, sont en effet délicats.
Cette difficulté peut être contournée en envoyant à la carte des ordres signés par le prestataire, en s'assurant que ces ordres ne puissent être rejoués par un fraudeur. On utilisera donc l'algorithme GQ, non pas en authentification, mais en signature pour des opérations de crypto-valorisation (renouvellement de droits, modifications de paramètres publics ...).
П est également possible de réaliser les opérations de crypto-écriture nécessaires à la distribution de nouvelles clés et accréditations, sans échange dans le sens carte -> prestataire.
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| | | | |
SINGLE СНЇР 8-BIT MICROCONTROLLER
FOR CONDITIONAL ACCESS APPLICATIONS
Henri MOLKO, Jean-Pierre BOURNAS
Philips Composants
Quai du Président Roosevelt
92134 ISSY LES MOULINEAUX
FRANCE
Tél : +33 (1) 40 93 80 12, +33 (1) 40 93 82 41
RÉSUMÉ
Couramment, dans les applications de cartes à microcontróleur, les algorithmes sont traités par la CPU. Ceci interdit aujourd'hui l'utilisation d'algorithmes à clés publiques qui se trouve pénalisée, par des temps de calculs inacceptables, et bien souvent par l'importance de la taille mémoire nécessaire au traitement.
Une solution alternative développée par Philips Composants et PRLB consiste à associer sur le méme silicium une CPU et une unité de calcul dédiée au calcul d'exponentiations et deréductions modulo n.
ABSTRACT
Currently, in the microcontroller Smart Card applications, the algorithms are treated by the CPU. The public keys algorithms have been almost impossible since the computational power of a single 8- BIT chip is weak. The computation time is too long, often the memories size are not large enough.
An alternative solution from Philips Components and PRLB integrates on same silicon CPU and a calculation unit dedicated haedware to compute an exponentiation modulo n.
TABLE OF CONTENTS 1 INTRODUCTION 2 PHILIPS COMPONENTS IN SMART CARD 3 83C852 OVERVIEW 3.1 Timers 3.2 Interrupt 33 EEPROM
3.4 Security features 4 CALCULATION UNIT REFERENCES
SINGLE CHIP 8-BIT CMOS MICROCONTROLLER FOR CONDITIONAL ACCESS APPLICATIONS
Henri Molko and Jean-Pierre Bournas‘?)
(1) Philips Components, Quai du Président Roosevelt, 92134 Issy-les-Moulineaux, France
1 INTRODUCTION
Today, widely used in France [1], the Smart Card microchips answer perfectly to many cryptographic requirements based on secret key algorithms. But none of them are able to handle the treatment of public key algorithms [2] with the same no breaking level (key length) in a reasonnable computational time.
The increasing market demand, world-wide, of such features drive us towards the definition of a Smart Card microcontroller [3] which already support both cryptography capabilities :
secret keys and public keys algorithms.
It ends now with the design of our first secure 8-bit microcontroller for conditional access applications. Its commercial codification is 83C852.
2 PHILIPS COMPONENTS IN SMART CARD
Philips Components has for many years contributed to the development of Smart Card technology and products. In our Caen factory in Normandy we developped the assembly of Smart Cards and manufacture several types of Smart Cards and Memory Cards.
In our Hamburg, West Germany facility we also developped an integral contactless concept, basically using the same philosophy than described for ISO contact card.
Today a two chip versions is available.
Now with its 83C852 Philips Components made a new technological step, extending the limits of the Smart Card computational power and then opening the Smart Card to new market applications.
This was possible by joining within one project group the Philips Research Laboratory's cryptography and microcontroller architecture expertise and the Philips Components' 8-bit microcontroller expertise.
г
- 340 -
On one hand the research laboratories іп Brussels (PRLB) Originated many original works in the field of the cryptography and security like
- Security on large networks
- Credential management and pseudo-random numbers generator for the pay TV like CANAL+ in Belgium
- DES implementation in Philips Smart Card Dl, D2 and D3
- Participation in BULL/PHILIPS Smart Card TB100
- and with the CCETT the well known Guillou/Quisquater Zero knowledge scheme [4].
In the other, Philips Components is one of the world leader in design and manufacture of single chip microcontrollers. Our product range is based on the 80C51 architecture for all 8 bits CPU.
The new coming 83C852 is an 80C51 family member.
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Arithmetic i | and logie for cryptography
* 88x8-bit төрөм |
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| Interrupts |:
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83С852
3 83С852 OVERVIEW
The main features of the 83C852 are listed below
- 8-bit CPU 80С51
- 6 Kbytes of user ROM
- 256 bytes of user RAM
- 2 Kbytes of user EEPROM
- Calculation unit
- 2 1/0 lines
- Input clock frequency range : 0,5 MHz to 6 MHz Internal clock frequency = input clock frequency
- Single 5 V power supply
- Bond pad layout conforms to ISO specifications 7816/2
The 83C852 single chip secured microcontroller is manufactured іп an advanced 1.2 џ CMOS process and has the same instructions set as the 80C51.
It has been specially designed for conditional access in secure smart card applications and provides the highest level of software and access security.
External communications are performed through а serial interface according to ISO standard. Internal memories cannot be accessed without use of the serial interface, under full control of the CPU.
The 83C852 has two software selectable modes of reduced activity for further power reduction : idle mode and power down mode.
The idle mode freezes the CPU while allowing the RAM, the timers and the interrupt system to continue functioning. The power-down mode saves the RAM content and disables all other chip functions.
3.1 Timers
The 83C852 has two 16-bit timer registers, Timer 0 and Timer 1. The count rate is 1/6 of the oscillator frequency.
Each timer has three operating modes : Mode 0 = 13-bit timer Mode 1 = 16-bit timer Mode 2 = 8-bit timer with auto-reload
3.2 Interrupt
The 83C852 has five interrupt sources, each can be programmed to one of two priority levels. The five interrupt sources are listed below :
1/0 External request from I/O lines Timer 0 Overflow from timer 0
Cell End of calculation cell
Timer 1 Overflow from timer 1
EEPROM Completion of erase or erase/write
EEPROM cycle.
3.3 EEPROM
The EEPROM has a capacity of 2 Kbytes. With its built-in hardware error correction, the EEPROM is a very reliable non-volatile memory. In addition to each single stored databyte, 4 extra bits for error code correction are stored in EEPROM. Single-bit errors per byte are automaticly corrected when reading the memory.
Programming of the EEPROM is completely controlled by the EEPROM's sequencer.
The EEPROM can be used either both as data memory and program memory for the CPU, or as data memory only for the Calculation Unit.
The data can only be written in EEPROM under software control contained in the ROM code area.
The main features of the EEPROM :
- 3 operating modes : byte, row, block
~ Hardware error correction
- On-chip voltage multiplier
- Erase/Write cycle independant of the input clock frequency
- 10000 erase cycles per byte !
- 10 years поп volatile data retention
i
Infinite numbers of read cycles.
3.4 Security features
Scrambled address bus of the EEPROM
- Hardware error correction on data stored in EEPROM
Internal voltage multiplier
No current examinable while EEPROM programming
EEPROM is not self-programmable
The probe connection to EEPROM cell bit is not possible
Ц
Low frequency sensor - Power supply sensor - Two operating modes : Test mode and user mode
- Electronic fuse in EEPROM structure.
- 342 - ПРИ
даном RR
4 CALCULATION UNIT
The calculation unit computes, with its associated software, any exponentiation functions like X* mod n. It is used to enhance the public key algorithm implementations like RSA [5] and zero knowledge protocols [3,6].
For 512 bits length operands exponentiation the unit uses 196 bytes of RAM. Both calculation unit and CPU work independently. The unit accesses directly and independently of the CPU to the RAM and EEPROM memories in
Read/Write modes for the RAM and only in Read mode for the EEPROM.
The calculation unit is initialized and started under control of the CPU, at the end of the total calculation, an interrupt request is sent by the unit to the CPU.
General operation of the calculation unit :
.
B = [а,Х + A 6 Value] 2°
Ха-1 кк кешені ЖӘ Кай
3 ог 4 bytes CAR. | no à
а, Пав 3 ог 4 bytes length and is ап extract of a large number (n bytes length).
Each input operand сап have п bytes length with maximum of 256 bytes.
The operands can be stored in RAM memory or in EEPROM memory.
А byte write is performed each :
- 3 periods of the internal clock if а, = 3 bytes
- 4 periods of the internal clock if a, = 4 bytes General formula for the calculation time is : For а, « 3 bytes Еог а, = 4 bytes (3t x nb byte write)+mt+5t (4t x nb byte write)+mt+6t
Е- period of the internal clock
- 343 -
cde sie
Example
For : X = 64 bytes а, = 3 bytes with Fclock = 3.57 MHz : 57.3 ps À = 64 bytes with Fclock = 6.00 MHz : 34.5 ys | m = © | B = 67 bytes |
with 6 MHz the calculation unit computes # 2 x 10% multiply/addition per second
These operations are equivalent of about 50 million instructions per second (МІР5) when using а standard 80С51 microcontroller with software solution.
Thanks to an original algorithm which has been developped by J.J Quisquater [7] (PRL Brussels) the calculation unit works at its optimum capabilities. In this configuration it performs
X* mod n < 1.5 s with input clock frequency = 6.00 MHz « 2.5 s with input clock frequency - 3.57 MHz with X, e and n 512 bit length.
Moreover, the calculation unit permits fast execution of many useful operations (see ref [8]). Typical examples are :
B = (а. X + A) 6X В = (a . X + А) 8 value
- Multiplication, addition and shift : В = {(a . X + А) Ө О] 2% - Memory Initialization :
В = (а. 0 + 0) 8 Initial value (В = Initial value) - Data transfer : B = (а. О + A) 890 (В = А) - Shift (up to 4 bytes) : В = (а. O + A) 00 (В = А2°) - Logic complement В = (а. O + A) 8 FFh (В = А) - Exclusive OR B = (а. O + A) Хх (В 9 À)
The result В has а max. length of 256 bytes ос 2048 bits
А complete exponentiation (512 bits length operand) is performed with approximately 100 bytes of ROM code.
A fast XOR of large operands is useful, for instance, to enhance DES implementations.
- 344 –
— A
REFERENCES
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[2]
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[4]
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[6]
(71
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W. Diffie, M. Hellman, “New directions in cryptography” IEEE Trans. Informat. Theory, Vol. IT-22, pp. 644-654, Nov. 1976.
J.-J. Quisquater, D. de Waleffe and J.-P. Bournas, "CORSAIR : A chip card with fast RSA capability", Proceedings of Smart Card 2000, Amsterdam, 1989, to appear.
L.C Guillou, J.-J. Quisquater, "A practical zero- knowledge protocol fitted to security microprocessor minimizing both transmission and memory", Proc. EUROCRYPT '88, Lecture notes in Computer Science, Springer Verlag, Vol. 330, pp. 123-128.
R. Rivest, A. Shamir, L. Adleman, "A method for obtaining digital signatures and public-key cryptosystems", С. ACM, Vol. 21, No. 2, pp. 120-126, 1978.
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J.-J. Quisquater, "Fast modular exponentiation without division", manuscript.
D. de Waleffe, J.-J. Quisquater, “Architecture of a cryptographic coprocessor", in preparation.
ST16xyz
A FAMILY OF SECURE MICROCONTROLLERS
| Laurent SOURGEN
| 505 THOMSON Microelectronics | Zone Industrielle BP 2
| 13790 ROUSSET
| ЕВАМСЕ
| Tél : +33 42 25 89 40
– 348 -
ABSTRACT
The ST16xyz family is a set of single chips 8 bits microcontrollers, with on board electrica- ly erasable non volatile memory. They have been designed for direct ISO smart card application, with а 1,5u CMOS technology. Memory sizes аге modular for RAM, ROM and ЕЕРКОМ to fit with application requirements. Specific hardware and firmware security features have been included in these products to monitor operating conditions and possible attempts to fraude the application.
RÉSUMÉ
La famille ST16xyz est un ensemble de circuits microcontrôleurs 8 bits monolithiques contenant une mémoire non volatile programmable et effaçable électriquement. Les circuits ont été conçus en technologie CMOS 1,5u pour les applications de cartes à puces conformes à la norme ISO. Les capacités des mémoires RAM, ROM et EEPROM sont ajustables pour s'adapter aux besoins des applications. Des dispositifs de sécurité sont inclus dans ces produits pour surveiller en permanence les conditions d'utilisation et prévenir toute tentative de fraude.
TABLE OF CONTENTS
м
CIRCUIT ARCHITECTURE 2 SECURITY FEATURES 2.1 Operating Conditions 2.2 Internal Data Protection 2.3 External Communication 2.4 Test Modes 3 CONCLUSION
1. CIRCUIT ARCHITECTURE
The circuit architecture is based on a modular structure to allow quick and simple design for the differents products of the family. The integrated circuits are built using five majors blocs, all interconnected through the main system bus. These five blocs are the following:
* The chip core, including an 8 bits CPU, working with a basic internal cycle of 200 ns for a 5 MHz external clock. This CPU can address up to 64K locations which cover all memories and control registers. А software controlled serial I/O plus specific security and control logic complete this master block.
* The volatile memory (RAM) which capacity can be adjusted from 96 up to 512 bytes by step of 64. This memory use a static 6 transistors cell.
* The factory programmed memory (ROM) which capacity can be sized from 1K up to 16K bytes by step of 512 bytes. An extra 1K bytes is always added for self-testing capability.
* The electrically erasable non volatile memory (EEPROM) which capacity can be sized from 64 bytes up to 3K bytes by step of 64 bytes. Parallel programming or erasing is possible up to 32 bytes in 3 ms. Programming or erasing voltage in internally generated.
* A secure parallel interface provide to the external world addresses, data and control signals like a standard microprocessor, except than these signals are controlled through internal software for secure operations. This master option is not normally used for smart card dedicated devices.
Circuits built with these blocks require only 5 connections ( 2 for power supply, Clock and Reset signals and the serial I/O line) as defined by ISO. Parallel interface require up to 25 more lines to provide all external signals. Figure 1 shows the generic block diagram of the family.
The memory addressing space have been divided into major areas for RAM, ROM and EEPROM. The control registers are all memory mapped for easy access. Figure 2 shows the main memory and register mapping.
- 349 -
350 -
FIGURE 1. BLOCK DIAGRAM
Tom DETECTORS | | |
INTERFACE CIRCUIT
SERIAL 1/0
CRE
UP TO К cytes
Ө kits СР
Та | РИБЕ
ROM
UP TU 16K bytes
REGISTER
Ce] (“|
FIGURE 2. MEMORY AND REGISTER MAPPING
MEMORY MAPPING
0000h
0020h
EBFFh
FFFFh
REGISTERS
TEST ROM
REGISTER MAPPING
0000h 0001h 0002h 0003h 0004h 0005h 0006h 0007h 0008h
0009h to 001Fh
Not used
—————Á—
2. SECURITY FEATURES
Security aspects cover four areas which may be listed as follow: - Hardware operating conditions - Internal software and data protection
- External communication and authentication - Testing modes
2.1 OPERATING CONDITIONS.
Different hardware operating conditions are necessary to have a garanteed behaviour. Differents parameters are controlled during chip operations. Most of these sensors have no direct harware effect but results are given to the programmer | through а security register which contains flags corresponding to the detected | condition. À temporary condition remains detected as this register сап only be reset i by software.
| 2.1.1 SPECIFIED PARAMETERS | An integrated circuit requires some specific conditions in order to work as | specificied by the manufacturer. The basic ones are:
| - Power supply ( for exemple SV +/- 10%)
- Clock frequency ( Minimum / Maximum )
- Temperature range ( for exemple -20°C to 70°C) | |
If the circuit is operated outside these limits one cannot garantee that the circuit will behave as it is supposed. This is especially true for non volatile memory where the quality of programming or erasing is directly linked to those parameters. This means that the retention or number of cycling specified by the manufacturer may not be achieved.
2.1.1.1 POWER SUPPLY
The normal operating range is SV +/- 10%. Sensors have been set to detect Усс supply going above 5.5V or below 4.5V. Tolerance on sensor is about 1V, so it is garantee than any Vcc below 3.5V or above 6.5V will be detected as abnormal condition. This will only set the Vcc flag in the security register. The circuit is nevertheless operating correctly above 6.5V and below 3.5V. A second level of detection is done around 2.5V by a Power-Up or Power-Down device which reset the circuit as below this value the behaviour cannot be controlled. Figure 3 shows those operating limits.
Power Усс NORMAL Усс
up/down low VCC RANGE high ыжы ы м. Усс
2.5 3.5 4.5 5.5 6.5
FIGURE 3. Vec LIMITS
- 352 -
2.1.1.2 CLOCK FREQUENCY
The clock frequency on these circuits is limited on high frequency due to device limitation with a garanteed minimum at 5 MHz. As it is a full static design it could work down to 1 Hz or less. To avoid to easy analysis (Using a step by step clock) a minimum limit have been set to an external clock frequency of 1 MHz. Tolerance on sensor is about 750 KHz, so that anything below 250 KHz will be detected. This sensor set the CLOCK flag in the security register, and also, by hardware, inhibit all program or erase commands for the EEPROM, as timings might not be safe. Figure 4 shows those operating limits.
Freq. NORMAL
low CLOCK RANGE S is на ER Frequency
250KHz 1МН2 5МН2
FIGURE 4. CLOCK LIMITS
2.1.1.3 TEMPERATURE
The temperature range of these circuits is normally -20°C to +70°C. Operating with higher temperature will decrease performance and does not allows to garantee programming reliabilty for the EEPROM memory. Lower temperatures are not really critical, so a single high temperature sensor have been introduced. Its detection range is about 40°C from 85°C to 125°C. Detection of such condition will set the TEMPERATURE flag in the security register. Figure 5 shows these limits.
NORMAL TEMP. | ТЕМР. RANGE high i SN Mcd UNE GM DN Temperature -20%С %709С 485%С 4125%С
FIGURE 4. ТЕМРЕКАТОКЕ LIMITS
2.1.2 PHYSICAL CONDITIONS
The integrated circuit, in order to operate safely, must be kept in his package without alterations. Fraud attempts will require to open the normal opaque package and eventually to probe the circuit, to remove the final protection layer known as passivation. Two sensors have been included in the circuit to detect if the circuit is operating on day light or if the passivation layer have been removed. Any of these conditions will set the PHYSICAL flag in the security register.
| | | | | |
2.2 INTERNAL DATA PROTECTION In order to get access to data and program contained within the circuits, three potential ways exist; A software way, an electrical way and a physical way.
2.2.1 SOFTWARE PROTECTION
If the EEPROM or RAM memories are executable memory, one can imagine to download routines to try do dump secret memory contents. For that reason, the memory space have been divided into 5 major areas, one for RAM, one for USER ROM, one for test ROM, one for EEPROM and one for external memory, if any. A customer defined access matrix authorize or not one instruction of a given area to access or not data contained in given area. For exemple a subroutine in the EEPROM might be allowed to access data in RAM or in EEPROM but not in the USER ROM. Note than if EEPROM cannot access data in the EEPROM area, EEPROM becomes a non executable area. These checks are performed for every instruction fetch. This access matrix is coded at factory level like USER ROM contents.
2.2.2 ELECTRICAL PROTECTION.
When reading internal memory, it might be possible through supply current monitoring to gain some information about the quantity of logical "0" or “1" contained in the read byte.This is potentially possible either for ROM or EEPROM. To avoid such risk any time a byte is read in non volatile memory, an extra current corresponding to 3 extra bit set randomly to "0" or "1" is added. In this condition reading many times the same location will gives always different current reading. To even garantee a better data retention for EEPROM a special reading mode with shifted reference has been added in order to verify with some margin the programmed bit.
2.2.3 PHYSICAL PROTECTION
If the circuit is taken out of its package, a visual analysis can be done to try to detremine the contents of non volatile memory. In the EEPROM, data are stored through positive or negative charges trapped in a floatting gate. Up to now, no physical reading of such information is possible. In the ROM the information is coded during fabrication, and will be coded with a layer (implant layer) which cannot be read directly. One must first remove some other layers and perform a complex chimical treatment, In order to make access even more difficult the physical and logical addresses of the bits are scrambled on a 512 bits matrix.
To protect data against full U.V. or others radiations, the first 32 or 64 bytes of EEPROM can be made one time programming only to be kept as a reference for future reading.
~ 353 =
2.3 EXTERNAL COMMUNICATION
Two different aspects have to be covered. External communication through either the single serial I/O line or through parallel interface. The second point to be covered is authentication of such devices.
2.3.1 SERIAL 1/0 LINE
Serial I/O data protection relies on two features. The first one is that the circuit is always the master in commmunication receiving input only when its internal program allows it. The second point relies mainly on data encryption, and in that case computing power is the best help the hardware can give. Anyways most of the proposed algorythms relies on hudges polynomials operations, and studies are now started on a specific operator to be included in the basic architecture. This will boost performance especially in public key algorythms (RSA like). |
2.3.2 PARALLEL INTERFACE.
Parallel interface is completely software controlled. A specificed register is used | define for each area (RAM, КОМ, ЕЕРКОМ) is the memory to be used is internal | ог external. Added to that there is а master bus control bit which only activate | external bus buffers when set. When the circuit is powered up this register is initialised as all internal memory and external bus locked (АП buffers in high ! impedance mode). In this condition only internal program сап select to access | external memory and there is now way to force any thing from the outside.On top | of that the memory access control matrix сап be used to депу access from external memory to any sensitive area inside or to make external memory as data only.
2.3.3 AUTHENTICATION
Authentication of the cards relies today on software controlled operations through different types of algorythms. Most of them require good random number for proper results. For this reason two eight bits random number generators have been included in these circuits, based on a combination of polynomial and hardware generation. The combination of the two give high quality random number much faster than usual software pseudo random number generation. Starting sequence for these random number generator has been fully characterised in order to | garantee the quality of the firt try, as application often start by ап authentication | sequence. |
2.4 TEST MODES As these products are used mainly for high volume card applications, testing must be fast, for cost reason, and secure to garantee the quality. This implies use of specifics test conditions. The global test is done in three steps: First the two eight bits random number generators are configured as shift registers and tested by shifting patterns. Second, the same two eight bits generators are used to perform a full CPU test going through all instructions and producing a 16 bits signature read out by shifting out the bits as done in step 1. Third, when the CPU is validated, a self test program tests all remaining circuits, checking registers, I/O, memories.
— 354 - | |
The selftest is activated only when the chip is in test mode. Test mode is protected with a physical fuse which can be blown once into an irreversible locked state. Fuse status can be controlled on line through one of the register bit. In addidtion a selflocking register bit provide the same hardware protection. This bit can be set during the reset sequence and then will remains set until a power off.
Selftest program will never gives direct access to ROM contents as it only outputs through the standard I/O line specific checksums. The selftest usage can be protected by a test password.
3. CONCLUSION
This family of products cover a wide range of applications, even highly secure applications. They can be used for smart card products or also to build security modules. They are well protected against fraud attempts and physical stresses including E.S.D well above standard. The general purpose member of the family, called ST16612, has 6K bytes of user ROM, 160 bytes of RAM and 2K bytes of EEPROM.
А PAY-PER-VIEW EXPERIMENT
USING D2 MAC/EUROCRYPT
Wolfgang BOCK Anitra Medienprojekte Stuntzstrasse 33 D-8000 MUNICH 80 RFA
Tél : +49 89 916392
description of the proposed man-machine interface, cable head end and consumer hardware. Emphasis will be placed on the needs of narrowcast program providers. This experiment has been designed for being carried out on a german cable network.
RÉSUMÉ
On décrit une expérience D2 MAC/Eurocrypt de télévision avec paiement à la séance : interface homme-machine, hardware dans la tête de réseau et chez le consommateur. On insiste sur les besoins des chaînes thématiques. Cette expérience a été conçue en fonction des réseaux câblés allemands.
TABLE OF CONTENTS
1 INTRODUCTION
2 PPV SERVICE DEFINITION AND MODES 2.1 Service Definition | 2.2 PPV Modes | 2.3 PPV Software |
3 USER BASE
4 GENERAL LAYOUT | 4.1 Cable Head End Studio | 4.2 Consumer Equipment |
5 CONCLUSION
{
ABSTRACT
The layout of a pay-per-view experiment using D2 MAC and Eurocrypt is given including a |
1. INTRODUCTION
This paper outlines an intended pay-per-view experiment using D2MAC under the Eurocrypt access protocol, that is, the VISIOPASS family of descramblers. The work described here was performed under the RACE # 1070 set of projects "Testing pay-per-view in Europe".
Experiments such as this could conceivably serve as a showcase of MAC-specific advantages in software shipping: such as 16 by 9 exhibition, digital stereo sound, multiple-language shipping, and data downloading. However, the goals of our particular experiment are much more modest: they are to establish a practical beachhead for such applications on German cable.
Another goal has been minimum cost, particularly in the head end and in the production of packaging software. This is clearly of the utmost importance in a pilot application, particularly when the long-term goal is narrowcast television shipping.
It should be noted that the main components of the system to be described herein are already available. The VISIOPASS system has been developed by Philips, the D2MAC head end hardware by MATRA and both of course rely heavily on work done at the ССЕТТ. The studio head end has been developed by a Dutch company, Regioka- bel of Limburg, partially under the RACE project.
2. PPV SERVICE DEFINITION AND MODES
First, the service to be proposed is defined in more detail. The design aim is to provide as full а service as possible.
Servi inition
In line with its technical orientation, the size of the test sample will be small at a maximum of 500 households. This is an economic constraint, not a practical one. Each of these households will be equipped with a VISIOPASS descrambler and one pre-initialized card. The VISIOPASS descramblers will have modems associated with them for two-way pay-per-view operation.
The video software consists of movies interspersed with still- frame sequences, as outlined in 2.3 below.
2.2 PPV Modes
There are two modes of pay-per-view (PPV), impulse-pay-per-view (IPPV) and call-ahead-pay-per-view (CAPPV). Of these two modes, it is the IPPV mode which is most urgently needed for the expe- riment; in this particular instance, IPPV also happens to be more cost-effective. CAPPV is an additional option.
2.2.1 ТРРУ
ІРРУ пау ре realized іп either of two modes. Іп either of these cases, the movie 1з broadcast unscrambled for the first 5 minutes: this is the "teaser": a VISIOPASS menu would appear throughout the teaser broadcast "KAUF DES FILMES: SENDEN" ("то BUY MOVIE, PRESS 'ENTER'")
2.2.2 CAPPV
CAPPV is an option: it will be implemented only if there is GTA software (see 3.2.1 e) below) in operation in the test center:
a) during the times where operators man the GTA computer: when the user sees the movie advertised in a TV still frame, he may make a phone call to the cable head end in order to have his descrambler authorized for a particular movie, through the GTA
b) the consumer may walk through the appropriate VISIOPASS menu, and is guided through the CAPPV transaction
2.3 PPV Software
PPV software may consist of movies or of events, i.e. specially promoted violent sports, concerts, golf, etc. Indeed, PPV software could be even more general than that to include educational software, computer programs, etc.
However, in the short term, software will consist of movies. From a technical viewpoint, PPV "events" are treated exactly like movies, although in marketing terms they handle very differently.
.1 Sti m ckagin
Movies must be introduced and promoted somehow. А standard proce- dure has been the use of а live presenter; however, іп а practical situation, such packaging material must run for extended periods of time and so, the presentation must be made lively to stay interesting. This contributes to cost.
We propose a different mode of packaging where the movies are embedded іп sequences of still frames which аге essentially computer-generated title pages with or without further video artwork such as logos, scanned stills from the movie, etc. Each frame is held for sufficiently long to make comfortable viewing/reading possible.
Іп particular, those still frames will feature
a) list of movies available today, with prices
b) for the next movie, a series of still frames promoting that movie including a brief synopsis, movie stills, and other artwork
The still frame sequence formed by a) and b) will run in carousel (round-robin) fashion. It may or may not Бе accompanied by а music soundtrack; the sound option introduces many practical, non-technical complications, and it will be omitted in a first stage of the experiment.
* ov
Movies will be tested across the entire spectrum, ranging from art movies to new product and including some (few) black-and- white offerings.
3. USER BASE
Two categories of user will be recruited in advance: a few dozen technically oriented users which are capable of fully exercising the hardware, of answering complex questions in panel sessions etc.; and representative users which would be expected to be less knowledgeable and probably less active.
These users must be selected in advance to facilitate card handling; indeed, in the present experimental mode of operation, the VISIOPASS will use smart cards that have been pre-loaded with entitlements to movies (note that in its operational version, the VISIOPASS can be loaded with movie entitlements from the head end). It is not planned, therefore, to take on new users as the experiment progresses; rather, in case there is sufficient interest and experimental motivation, one would install a second, third etc. batch of users.
4. GENERAL LAYOUT
The layout of the experiment is displayed in Fig. 1, and discussed below.
4.1. Cable Head End Studio
The D2MAC feed origination is largely automatic. It is basically comprised of five sections
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425
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a) a video still frames editing station: this is not shown here. It creates data files describing promotional stíll frames (the movies' "packaging") in a desktop video language, and it is normally located off premises (away from the cable head end). It sends its data to a modem at the cable head end, which is connected to the video software controller
b) a video software controller. This is implemented on an Apple MacIntosh II, and it has three main functions
i) build an internal representation of the stills data it is getting from its modem; managing the resulting carou- sel of stills; outputting the correct still frame as RGB, to be converted to Y/C; the latter signal feeds the multiplexer
ii) send a control data string to the VCR/MUX control. The latter then causes the MUX (multiplexer) to select either the promotional still, or the output of one of six S- VHS VCRs; it also causes the VCRs to rewind after exhibition
of a particular tape, to stand by for the next exhibition, etc.
iii) control the MAC encoder/scrambler by instructing it to scramble/not scramble; communicate the price of the movie now running, and its PNUMB program number
C) a video section. This consists of six S-VHS VCRs feeding a multiplexer, itself feeding a time-base corrector. Video is Y/C up to the time base corrector, which outputs a (Y,U,V) signal which is itself converted to RGB prior to being fed to the MAC scrambler, along with high-quality analog stereo sound
d) a scrambling/authorizing section. This consists of the D2MAC encoder/scrambler, feeding а 12 MHz МАС modulator
operating at frequencies suitable for the Bundespost's hyperband channel raster.
e) a transaction collection computer. This IBM AT hosts a custom-written transaction collection program. That is, when the customer has entered an IPPV transaction, the corresponding PUNMB and other information is forwarded to the transaction collection programming computer at a predetermined time at night. The computer maintains a customer order file which can be exploited for billing purposes.
The GTA software (i.e. software for changing the programming tiers in the cards, for invalidating cards etc.) is optional and it would run on the same IBM PC AT.
f) a MAC scrambler and modulator. Software is of course 4 by 3 only and this is what that equipment is currently laid out for
The most salient features of this setup, apart from its use of D2MAC, are the desktop video grade program packaging (where such desktop video 15 generated on medium-cost equipment based оп Apple MAC II platforms), and the use of S-VHS. Regiokabel Limburg has run an extensive pretest involving such a system, broadcas- ting in PAL on the Maastricht cable system in Holland, and we found that both the desktop video and the S-VHS quality were quite successful, not only in subjective comparison with other cable feeds, but also in the market.
4.2 Consumer equipment
Consumer equipment consists of the VISIOPASS descrambler with the appropriate card, the associated remote control, and a modem.
a) the VISIOPASS descrambler will feature German menus and a PAL modulator (but not an RF output) so that it can connect either to TV sets with a SCART connector, or to sets with a video input, but not to older sets with RF input only. The VISIOPASS will have an RF input in conformity with the German hyperband cable raster. The base bandwidth of the VISIOPASS output will be in excess of 7 MHz
b) the cards will be initialized at CCETT (if, as expected, the test does not use the GTA). The cards will be EPROM models. In case the experiment is continued, an upgrade to EEPROM cards should be possible
c) ordering will be through the remote control. The remote control will feature German captions (possibly a printed foil stuck on the remote controls)
4) a Minitel 2 type modem will be integrated into the next generation of VISIOPASS. This modem will call the transaction collection computer at a set time (in the production version, that time is set, on a consumer-specific basis, through the GTA; in the test version, each customer modem will be preset to call at a different time). The modem connects to the viewer's phone.
5. CONCLUSION
We believe a low cost head end can be built to meet the challenge of pay-per-view testing. Such a head end has all kinds of other application in software domains where low cost is paramount: such as narrowcasting, educational software, and іп industrial applications.
аза om кен
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COMMUNICATION-DEVELOPPEMENT est concerné à plus d'un titre par les choix à faire en matière d'accès conditionnel sur les réseaux câblés
- en tant d'exploitant : la réglementation française veut que la commercialisation des services де télévision cablée soit confiée aux sociétés opératrices . Pour être techniques, les choix des dispositifs d'accès conditionnel sont donc avant tout des choix de mode d'approche du marché dont ces sociétés ont la responsabilité.
- еп tant que maitre d'ouvrage : COMMUNICATION- DEVELOPEMENT est aujourd'hui présente de manière équilibrée entre les réseaux du Plan Câble et les réseaux qu'elle établit directement dans le cadre de la Loi du 30.9.86. Cette situation unique dans le paysage audio-visuel français а amené COMMUNICATION- DEVELOPPEMENT а зе préoccuper très tôt de choix techniques engageant sa responsabilité d'investisseur-constructeur.
- enfin, à travers son engagement dans l'industrie des programmes, dont l'économie repose sur une évaluation de la taille du marché accessible à niveau de prix donné, certains programmes étant orientés "basique" et d'autres plus "option". Cet engagement а été notamment illustré récemment par l'accord que nous avons bâti avec Canal Plus et la Générale d'Images.
La complexité du faisceau de contraintes ainsi référées, | comme ја diversité des situations - ја télévision рак câble ne se vend pas de la même façon dans les stations де sport d'hiver par exemple, qu'en milieu urbain classique - nous a amenés à être pragmatiques. Dans ce cadre, les principes qui guident notre action sont les suivants
- le "basique" reste la pierre de touche, le produit central autour duquel s'ordonne l'activité de câblo- opérateur.
- les programmes payants optionnels doivent être sélectionnés avec soin ; leur thème doit être porteur : leur prix de vente doit se situer - s'agissant de produits qui viennent d'ajouter à un basique vendu 100 F. et plus - dans une plage d'acceptation qui nous paraît être sensiblement en dessous де 100 Е. par mois. C'est ainsi que ја chaîne de cinéma que nous allons proposer, en association avec la Compagnie Générale d'Images et Canal Plus, ne devrait pas coûter aux abonnés plus de 60 à 70 Francs par mois.
- les dispositifs techniques doivent coûter le moins cher possible ! Dans la mesure où ils ont vocation à donner accès à des options diverses, de prix très variés, un système de financement de type pourcentage sur la recette dégagée paraît le plus approprié.
COMMUNICATION-DEVELOPPEMENT n'a exclu a priori aucune solution technique
- filtres, dont il faut redire qu'ils constituent encore aujourd'hui le moyen majoritaire de distribution des “pay TV" aux USA, et qui ont encore de belle réserves d'évolution
— а Ем а апатита а а а ава lh
~ réseaux "intelligents" qui peuvent être adaptés à des milieux particuliers propices à la "télévision à la carte" (hôtels, établissements de soins, stations de vacances)
- décodeurs dont la souplesse de fonctionnement est un atout, à condition que leur coüt soit compatible avec les contraintes citées ci-avant.
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-368- =
Parmi les solutions simples que поцв pourrons utiliser, l'on peut citer :
- des filtres coupe-canal ;
-des sélecteurs programmables.
En ce qui concerne les [titres] leurs avantages résident
dans :
- l'existence d'une technique bien rôdée aux USA, où elle reste le moyen le plus répandu d'organiser la diffusion des options payantes ;
- un niveau đe prix assez bas (4 à 6 $ aux USA) qui rend cette solution financièrement attractive même en tenant compte de ce que l'on filtre les non-abonnés à l'option, donc que ја charge est inversement proportionnelle au taux relatif de pénétration de celle-ci.
Mais les filtres ont aussi des inconvénients , qu'il faut prendre en considération avant de généraliser leur emploi:
- c'est une solution assez rigide, donc génératrice de coüts élevés de main d'oeuvre : ceci conduit à en réserver l'emploi à des marchés caractérisés par un plan de service assez simple (peu d'options) et par une occupation stable des logements.
ы сеѕ matériels doivent être adaptés aux caractéristiques techniques du marché français, notamment aux bandes de fréquence qui y sont utilisées.
Communication-Développement а par ailleurs procédé а l'analyse des techniques de filtres "adressables" qui permettraient de lever notamment ја première de ces difficultés.
Cette solution, elle aussi apparue aux USA, retient l'attention bien qu'elle ne soit pas immédiatement utilisable en raison de ses coûts trop élevés (du même ordre que ceux des désembrouilleurs SECAM).
- 370 -
Quant au sélecteur programmable} il présente l'avantage
d'étre une simple déclinaison d'un équipement déjà en service auprés d'une partie de nos abonnés. On sait que је sélecteur de programmes vise а pallier les insuffisances d'une partie des récepteurs de télévision en mémorisant tous les canaux du plan de service et en donnant accès aux bandes de fréquence VHF et UHF dans leur intégralité.
Le sélecteur est dit programmable si, en outre, il est possible de lui interdire l'accès à certaines de ces fréquences ou, au contraire, de l'y autoriser. On peut ainsi loger des programmes payants dans des bandes de fréquence inaccessibles à presque tous les téléviseurs, et ne les rendre disponibles qu'aux seuls abonnés qualifiés, à qui est fourni un sélecteur dûment programmé.
C'est ainsi que, sur certains de nos réseaux, nous proposons au-delà du basique de 18 ou 19 programmes une option composée de 4 chaînes thématiques pour un prix de 50 francs environ.
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Pour des programmes de valeur unitaire plus élevée, telle que la chaîne de cinéma pour le câble, le recours à un désembrouilleur doit être mis en balance avec les solutions plus simples et plus limitées évoquées ci- avant.
Les systèmes de cryptage/décryptage sont, comme on је sait, multiples.
L'offre industrielle en SECAM est désormais assez abondante, elle est notamment représentée par 1а gamme PHILIPS (DISCRET 11 et 12, TUDI 14), par THOMSON {dont ie procédé VIDEOCRYPT utilisé еп PAL pour le groupe 5КҮ pourrait être décliné en SECAM), par EURODEC (dont le décodeur SYSTER pourrait être adapté aux réseaux câblés), etc sacs
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D'un autre côté, COMMUNICATION-DEVELOPPEMENT suit avec attention les développements engendrés par le codage en D2 MAC/P. S'il est évident que ceux-ci ne prennent leurs sens que dans la perspective du passage à la haute définition - dont le câble a de bonnes chances d'être un jour le vecteur privilégié -, l'économie de ces systèmes reste aujourd'hui délicate. Si séduisante soit-elle sur le plan technique, 11 reste à fixer les mécanismes де financement qui permettent de fonder une diffusion de masse de cette norme voulue à juste titre par les pouvoirs publics.
Pour reprendre l'exemple de 1а chaîne cinéma que nous allons proposer en option aux abonnés au câble, il faut compter au moins 20 F pour les programmes, 20 à 25 F pour la gestion des abonnés ainsi que pour l'amortissement des frais commerciaux. Reste environ 15 F par mois pour la partie technique, sur un prix de vente fixé autour de 60 Francs.
Peut-on y arriver avec les offres actuelles, celles déjà citées en SECAM оц bien les équipements proposés еп D2 MAC : VISIOPASS, voire le DECSAT de Canal Plus dans une version câble ? Chacune de ces solutions à des avantages sur les plans technique et commercial, mais l'économie du cable étant une économie tendue, les aspects financiers sont cruciaux.
Or s'il est possible d'amortir un coût technique de quelques dizaines de francs sur des programmes cryptés vendus 150 Francs et au-delà, et a fortiori sur un bouquet d'options pris par un même abonné, la capacité de financement dégagée par la chaîne cinéma est comme on l'a vu beaucoup plus faible.
Une formule de pourcentage sur la recette générée par l'opérateur du câble à travers le décodeur rendrait bien compte de cette situation.
Pour trouver son dynamisme maximum, une telle approche doit bien entendu laisser au câblo-opérateur une latitude importante quant aux méthodes de commercialisation (ristournes, création de "paquets" d'options....).
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Enfin la distribution de services à accès conditionnel suppose, en tout état de cause, que soit déterminé entre les éditeurs de programmes et le cáblo-opérateur le cadre contractuel leur permettant de fixer :
- les responsabilités de chacun : 1а maîtrise de son "fond de commerce" est à cet égard au coeur méme du métier de câblo-opérateur ; c'est à lui que revient la responsabilité de 1а commercialisation, де 1а relation avec les abonnés du service.
- la répartition des charges et de la recette.
Ces questions de prix et de répartition des responsabilités sont au coeur des discussions que nous poursuivons tout particulièrement avec France-Télécom et avec Canal Plus.
k * * * k
Il reste pour être complet à évoquer la télévision câblée "à la carte" que nous avons commencé à installer l'hiver dernier dans les stations alpines. Ce procédé, qui a eu un succés trés net, repose en fait sur deux techniques :
- dans les hôtels "haut de gamme", qui souhaitent offrir à leur clientéle une gamme de prestations qui va de la télévision à la carte au baby-sitting assisté par caméra, en passant par ја gestion automatique des mini-bars, le système VISICABLE + est employé.
- dans les résidences gérées par је circuit locatif, nous installons des téléviseurs adressables.
Grâce à des messages envoyés depuis la tête de réseau et multiplexés aux signaux vidéo, nous autorisons ou refusons l'accès aux différents canaux du téléviseur en fonction du niveau de service demandé et de la durée de l'abonnement : minimum une journée, maximum deux semaines.
Pour la commercialisation, nous avons fait développer des bornes-guichet automatiques qui sont placées dans des lieux publics, disponibles 24 H sur 24 et qui permettent à toute personne ayant une carte bancaire, de s'abonner pour les programmes et la durée de son choix.
Les bornes-guichet automatiques, une par quartier de la station, sont équipées du matériel suivant :
- un micro-ordinateur et son écran - un clavier numérique
- un lecteur motorisé qui accepte les cartes bancaires à puce et à piste
- une imprimante pour délivrer le reçu Le client pourra dialoguer avec la borne en cinq langues au choix : français, anglais, allemand, espagnol et italien.
- il choisira son niveau de programmes (15, 20 ou 25 chaînes par exemple)
il choisira la durée (un jour à deux semaines)
il identifiera son appartement
la transaction validée, il recevra un reçu
La borne est reliée à la tête de réseau qui génère automatiquement un message envoyé sur le réseau et destiné au téléviseur du client.
Pour les clients qui n'ont pas de carte bancaire sur eux, des terminaux de paiement manuel permettront de régler en espèces, par chèque ou carte bancaire. Ces points de paiement sont également reliés à la tête de réseau pour la mise à disposition immédiate des programmes.
А la tête de réseau, un serveur gère l'application. Il contient une base de données avec l'ensemble du parc de logements équipés de téléviseurs adressables. І1 gère les niveaux de programmes, les durées et fournit les journaux et statistiques commerciales.
- 373 -
~ 374 -
Mis sur pied en un temps record, ce système équipe aujourd'hui les stations de ski des ARCS et des MENUIRES, où la télévision à la carte proposée par notre filiale CABLE CITEVISION a reçu dès cet hiver un accueil très favorable. Il sera offert à d'autres stations de vacances et à d'autres clients notamment dans l'hôtellerie.
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Tels sont aujourd'hui les différents aspects de la politique де Communication-Développement en matière d'offre de programmes à accès conditionnel sur le câble,
Dominique TESSIER Directeur Technique 20 Avril 1990
—— ава
SERVICES À CONDITIONS D'ACCÈS
LE POINT DE VUE D’UN CABLO-OPERATEUR
Michel VILLANEAU Compagnie Générale des Eaux Division Télédistribution
52 rue d'Anjou
75384 PARIS Cedex 08 FRANCE
Tél : +33 (1) 42 66 91 50
JICHEL VILLANEAU
CCETT/Rennes Jeudi 14 Juin1990 9h50/10h10
14 Mai 1990
Services à conditions d'accès Le point de vue du Cablo-opérateur
La raison d'être du câble en tant que vecteur de services audiovisuels est d'assurer économiquement la distribution à domicile d'un grand nombre de programmes dans les meilleures conditions techniques de réception.
La vocation des cablo-opérateurs est d'organiser cette distribution, c'est-à-dire, au moyen du câble, de mettre en rapport l'offre de
programmes et la demande des téléspectateurs, puis d'en assurer le suivi.
Aussi longtemps que la distribution se limite 4 la transmission de signaux disponibles gratuitement, le service à assurer est celui d'un simple transport soumis à une seule condition d'accès : le raccordement, payant ou non. Les réseaux d'antennes collectives Français, ou les réseaux câblés Belges, offrent l'exemple de tels systèmes passifs, où un abonnement généralement modeste donne accès à un ensemble de chaînes qui pourraient être reçues gratuitement par voie hertzienne.
Les choses changent à partir du moment où је câble devient de
vecteur de nouveaux programmes dont sa présence suscite Та floraison.
А inverse des chaînes hertziennes condamnées à une programmation polyvalente pour attirer sur une seule fréquence la plus large audience, ces programmes destinés au câble se concentrent sur un thème déterminé, d'où leur nom de chaines thématiques, d'où aussi leur audience plus restreinte et la nécessité de les rendre payantes pour atteindre un équilibre économique que la seule publicité ne peut assurer.
C'est ce type de situation que l'on rencontre en Amérique du Nord, où les chaînes thématiques se comptent aujourd'hui par dizaines.
~ 377 ~
- 378 -
Dès lors, se pose le problème de la mise еп marché de programmes diversifiés sous différents aspects : tarification, vente, facturation, encaissement, service aux abonnés, etc...
L'expérience américaine déjà bien établie, confirmée par les débuts d'expériences britanniques et françaises, montre que les chaînes du câble se classent en deux catégories :
• les chaînes de films, dont l'audience potentielle et la valeur aux yeux du Public permettent de les vendre individuellement pour un tarif de quelques dizaines de francs.
е les thématiques proprement dites, qui sont un peu au câble ce que sont les rubriques à un journal : sport, musique, reportages, etc... Ces chaînes font la substance et l'intérêt des programmes de base du câble, dont il peut exister plusieurs niveaux, selon la richesse de la palette de programmes disponibles. Leur valeur individuelle aux yeux du Public ne dépasse guère quelques
francs, ce qui interdit de les vendre autrement que groupées.
Il existe enfin une dernière catégorie de produits audiovisuels : les "évènements", de tous ordres, vendus à la séance : le Pay Per View.
Quel que soit le produit concerné, il ne faut pas oublier qu'au-delà du strict problème de marketing, il existe, une fois la vente faite, un problème économique de facturation et d'encaissement.
S'agissant de très petits montants unitaires, il ne peut s'agir que de facturation groupée, c'est-à-dire regroupée avec celle du service de base.
C'est un problème que France Télécom connaît bien avec la fonction kiosque du Minitel, facturée en marginal du téléphone.
Il en va de même sur le câble, où l'opérateur doit pouvoir facturer et encaisser individuellement, au moindre coût, un ensemble de petites redevances dont 11 reverse leur part aux producteurs de programmes.
Dans tous les cas, le problème du contrôle d'accès se pose fondamentalement dans les mêmes termes : permettre une segmentation du marché par le moyen le plus économique compatible avec les exigences du service considéré.
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Concrètement cela se traduit sur le terrain par une grande diversité de situation, de complexité croissante :
• la plus simple et la plus fréquente est celle où il existe deux niveaux de service. C'est notamment le cas lorsque le câble doit assurer un service collectif d'antenne réduit à quelques chaînes et un service d'abonnement individuel à un programme de base plus étoffé.
Dans ce cas, une tarification typique en France est de 20F pour le service d'antenne et de 140/150F pour le service de base. Aux Etats-Unis une tarification typique à 2 niveaux est de 60F pour un basic de 15/20 canaux et de 120F pour 25/30 canaux.
Le filtre est la solution technique à la fois la plus simple et la plus économique pour ce type de distribution à deux niveaux.
“ Une situation plus complexe est celle où l'on offre, outre 2 ou 3 niveaux de services de base, des options payantes telles que des chaînes de cinéma.
C'est le cas de la grande majorité des réseaux américains et britanniques. En France, les contraintes imposées par une programmation encore embryonnaire, ainsi que par une capacité généralement encore insuffisante des réseaux, conduit à limiter pour le moment le recours à ce type de segmentation.
Toutefois, 14 ой la capacité de transport est suffisante, une segmentation judicieuse permet de mieux répondre aux attentes de la clientèle.
| Les solutions techniques pour assurer cette segmentation peuvent être diverses : sélecteur programmé (comme à Sète), embrouilleur/désembrouilleur à combinaisons multiples pré- | programmées (comme à Monaco), commutation (comme à Nice | et dans le Nord sur les réseaux de Région Câble ou comme sur | les réseaux 16 de France Télécom).
* Enfin, lorsque l'on veut assurer un service de Pay Per View, il faut organiser une inter-activité, laquelle peut prendre diverses formes.
La plus répandue actuellement reste l'ouverture d'un canal au moyen d'un terminal adressable à partir de la téte de réseau, sur appel téléphonique de l'abonné.
Les systémes modernes dit "Impulse Pay Per View" permettent
désormais l'inter-activité directe à travers le terminal.
| 4
| 2 НЕ и ~ 379 —
| = 380 –
C'est notamment le cas avec les réseaux commutés Cabletime utilisés par le Groupe Générale des Eaux sur ses réseaux concessifs en France et au Royaume-Uni.
Les Américains sont de leur côté en train d'équiper leurs
réseaux arborescents de terminaux à impulsion.
Enfin, il faut souligner que le programme Visiopass de France Télécom vise au développement d'un terminal adressable inter-actif permettant d'assurer l'ensemble de ces fonctions.
On voit que la gamme des situations et la palette des solutions techniques sont extrémement larges. Encore une fois, l'opérateur ne doit pas confondre les buts et les moyens :
• le but, c'est de satisfaire le client en lui offrant un choix de menus à des tarifs modulés.
* la réponse technique c'est le contrôle d'accès.
La contrainte économique, c'est que ce contróle ne doit pas peser sur le prix du service. En pratique, le coüt du terminal d'abonné ne doit pas excéder 10% du montant de l'abonnement, ce qui situe le coût du contrôle d'accès au maximum à 15F/mois/abonné pour un terminal polyvalent et autour de 1,50F par canal pour un systéme de filtrage.
Sous ces réserves, le contróle d'accés doit-étre considéré comme un
élément essentiel à l'activité du câble, dont il conditionne l'utilisation rationnelle et harmonieuse.
| H |
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—
LES ACTIONS DE FRANCE TELECOM DANS LE DOMAINE DES SERVICES À CONDITIONS D'ACCÈS
Enjeux économiques et perspectives techniques
Jean-Pierre COUSTEL
FRANCE TELECOM
Service des Télécommunications de l'Image 6 place d’Alleray
75740 PARIS Cedex 15
FRANCE
Та : +33 (1) 44 44 22 22
ABSTRACT
FRANCE TELECOM, the Public Telecom Operator in France, has launched at the end of 1988 an ambitious program of conditional access services development. Those new conditional access capabilities will enable the Program Providers to present viewers with paying television services on a large scale. These will be developed in D2-MAC/Packet with the EUROCRYPT conditional access system, on DBS satellites as well as on cable systems, granting the user single box operation. The first services are to be in operation by June 1990 for the programs broadcasted by TDF1, and services on cable systems will be available for commercial development by October 1990. |
The paper addresses the French Public Telecom Operator's strategy and expectations, and highlights the views of FRANCE TELECOM that conditional access services are the necessary step towards future and promising new television services.
LES ACTIONS DE FRANCE TELECOM DANS LE DOMAINE DES SERVICES À CONDITIONS D'ACCÈS Enjeux Economiques et Perspectives Techniques
Jean-Pierre Coustel, FRANCE TELECOM
Opérateur public des services de télécommunications, FRANCE TELECOM exploite les infrastructures sur lesquelles sont distribués les programmes de télévision ; l'action a été très intense sur la période récente pour le développement des réseaux câblés (75% des réseaux français en 1989), et des systèmes de télévision sur satellite (pour des services grand public sur TDF1 aujourd'hui, et de futures applications sur TELECOM а partir de 1992). Avec le concours de sa filiale TDF, dont l'activité a traditionnellement porté sur la diffusion hertzienne, c'est désormais sur l'ensemble des moyens de télévision que FRANCE TELECOM peut intervenir.
А l'exception des programmes de CANAL+, le télespectateur correctement équipé a librement accès à tous les programmes disponibles sur ces réseaux de diffusion. Cela peut être en réalité très coûteux pour le téléspectateur (comme dans le cas des réseaux câblés où dans la plupart des cas, il reçoit sans pouvoir choisir un grand nombre de programmes), cela oblige de plus en plus la société de programme à recourir au financement publicitaire (et limite d'autant l'attrait des programmes), cela rend très difficile l'entrée de nouvelles sociétés de programmes sur le marché (comme le montre le coût d'équipement en teminaux dédiés pour un réseau de trois millions d'abonnés tel que celui de CANAL+ actuellement), et enfin, cela répond mal aux besoins des producteurs d'images, pour qui un bon système est celui qui permet de connaître exactement les volumes consommés, et qui favorise en même temps l'installation de nouveaux circuits courts de commercialisation.
LA NÉCESSITÉ ÉCONOMIQUE DES SERVICES À CONDITIONS D'ACCÈS
Pour résoudre cette situation dans laquelle la quasi-totalité des acteurs n'est pas satisfaite, et avec l'objectif général de susciter l'épanouissement de nouveaux services de télévision grand-public, FRANCE TELECOM а lancé à 1а fin de l'année 1988 un programme ambitieux d'installation sur ses infrastructures des capacités techniques sur lesquelles ses clients, fournisseurs de programmes de télévision, développeront à leur tour de futurs services de télévision à péage. Cet engagement a pris concrètement forme à la fin du mois d'avril 1989 avec la commande au groupe PHILIPS de 750 000 terminaux désembrouilleurs VISIOPASS.
FRANCE TELECOM n'a pas l'intention d'agir dans le domaine du contenu, et ses motivations, en tant qu'opérateur public de télécommunications et de télédiffusion, se situent essentiellement sur un plan économique. FRANCE TELECOM а la certitude en
effet que les services de télévision à péage auront une place de plus en plus grande dans l'avenir de la télévision ; les fonctions de contrôle d'accès seront techniquement indispensables pour compléter les investissements considérables déjà engagés par FRANCE TELECOM dans les infrastructures de réseaux câblés et de satellites ; l'objectif de progressivité de l'offre et de son coût pour le consommateur rend nécessaire de pouvoir commercialiser les services en segmentant physiquement les capacités de diffusion, au contraire de ce qui a été fait historiquement dans les réseaux câblés.
La recherche de l'optimum collectif conduit à ce que les systèmes soient ouverts ; ils doivent ainsi permettre la liberté du choix du téléspectateur consommateur, tout comme le fonctionnement efficace d'un marché dont la formation résultera de plus en plus de mécanismes concurrentiels.
FRANCE TELECOM OPERATEUR TECHNIQUE DU CONTRÔLE D'ACCES
La solution technique retenue (signaux de télévision de grande qualité en D2- | МАС et système ЕОКОСКҮРТ de contrôle d'accès) est identique pour les applications | sur réseaux câblés et sur satellite en réception directe. Les applications de télévision à péage qu'elle permet ouvrent l'ère de l'image à la carte, dans laquelle le téléspectateur paie volontairement ce qu'il décide de voir : ce sont la télévision par abonnement, par thèmes ou par niveaux ; la télévision à péage par programme, par réservation et surtout par achat | impulsif ; et enfin, la télévision avec paiement à la consommation (proportionnel à la | durée). Ces nouveaux services dont la généralisation va transformer la télévision seront | développés par les partenaires de FRANCE TELECOM fournisseurs de programmes. Le métier de fournisseur de programme est de commercialiser vers le téléspectateur consommateur final le contenu audiovisuel : sous ce terme générique ont ainsi rassemblés aujourd'hui les sociétés de programmes, exploitants traditionnels des “chaînes de télévision”, et les opérateurs commerciaux des réseaux câblés, qui offrent sous des formes diverses des packages de services à leurs abonnés. On devrait y rencontrer bientôt les distributeurs du cinéma qui trouveront dans ces nouvelles techniques de la télévision un moyen performant d'atteindre le consommateur.
Dans son rôle d'opérateur public, FRANCE TELECOM s'efforce de rechercher la cohérence globale spécialement sur le plan technique, des structures cibles, et des processus de transformation qui permettront de les atteindre. Les moyens de contrôle d'accès dont l'installation dans les réseaux accompagnera ces transformations devront donc garantir la transparence des solutions retenues : la transparence est nécessaire sur le plan technique pour rendre les services commercialisés indépendants du réseau de diffusion, celui-ci pouvant être hertzien, par satellite, ой sur réseaux câblés ; une architecture d'organisation transparente garantira que les contraintes supportées par chacun des fournisseurs de programmes, notamment sur le plan économique, seront réparties équitablement.
Les solutions techniques autour desquelles s'articule le programme VISIOPASS sont porteuses d'avenir, exportables, instituables en normes internationales, techniquement valides à long terme, et économiquement efficaces : le choix du D2-MAC sur câble et sur satellite apporte ainsi de nombreux éléments de réponse, parmi lesquels l'unicité des terminaux chez le client, le recours à des ressources techniques (terminaux désembrouilleurs, cartes, systèmes de gestion) partageables, l'amélioration de la qualité, la préparation des transitions vers les solutions techniques de l'après-SECAM/PAL qui seront celles de la TVHD.
—
UNE INTERVENTION ACTIVE POUR UNE MISE EN PLACE EFFICACE DES SERVICES
La situation française, illustrée notamment par l'histoire récente des réseaux cáblés et du projet TDF1, montre qu'il est nécessaire d'accompagner et de soutenir activement le développement des périodes. La rationalité économique encourage avec urgence un tel engagement pour ce qui concerne les services sur TDF1 et sur les réseaux cáblés ; la perception du risque d'incohérence technique, notamment sur l'exemple de la situation britannique, encourage une approche sans ambigüité qui entraînera la réduction du degré global d'incertitude sur ces questions, autant techniques que stratégiques. Ainsi l'intervention de FRANCE TELECOM se situera dans les prestations techniques de contróle d'accés, mais aussi dans les actions qui permettront la constitution rapide d'un parc de récepteurs, qui représente la part la plus élevée des coüts d'équipement.
A plus long terme l'équipement banalisé des terminaux désembrouilleurs ou de fonctions équivalentes intégrées dans le téléviseur sera entiérement pris en charge par le téléspectateur, en toute indépendance des fournisseurs de programmes, comme cela a été historiquement le cas pour les téléviseurs ; en collaboration avec les industriels du secteur, FRANCE TELECOM s'efforcera de plus que cette transition puisse se faire le plus rapidement possible, tout en respectant l'objectif initial de constitution du parc étendu qui seul permettra des applications commerciales solides.
Pour le démarrage des services, prévu en juin 1990 quand les terminaux VISIOPASS seront livrés, en volume, les modalités de l'intervention de FRANCE TELECOM dans la distribution de ces terminaux ne sont pas encore définitivement arrêtées. Elles associeront concrètement les fournisseurs de programme engagés dans le développement des services autorisés sur TDF1, et les opérateurs commerciaux des réseaux cáblés ; l'action en harmonie de ces divers partenaires visera à rencontrer la confiance du télespectateur, qui sera un facteur déterminant du succès de ces nouvelles applications à l'échelle nationale.
DES PERSPECTIVES PROMETTEUSES A PLUS LONG TERME
La dimension de l'engagement de FRANCE TELECOM sur le plan technique et industriel illustre par elle-méme avec clarté la portée des enjeux économiques attachés au développement des services à conditions d'accès. Mais d'autres motivations sous-tendent les déterminations ambitieuses de FRANCE TELECOM dans le programme VISIOPASS.
Parmi celles-ci, figure le soutien à la norme D2-MAC/Paquet comme vecteur du progrés de la télévision, conformément aux orientations fixées par les pouvoirs publics. Au-delà des améliorations immédiates de qualité déjà mentionnées, et sa puissance comme support des services de contróle d'accés, le D2-MAC prépare la transition vers de futures normes de télévision à haute définition (TVHD). Leur acceptation par l'industrie, les producteurs d'images, et les téléspectateurs, sera favorisée par un développement technique qui, du cóté du téléviseur, garantit la compatibilité des produits existants avec les services futurs.
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Le procédé EUROCRY PT, dont les spécifications principales ont été élaborées par le CCETT, est organisé autour du concept de "processeur sécurisé détachable", au contraire de la quasi-totalité des systèmes de contrôle d'accès de la génération précédente. Cette option de structure а une importance considérable en matière de sécurité, de coût d'exploitation, et surtout, vis-à-vis de l'objectif d'ouverture. Elle est réalisée concrètement avec le moyen technique de la carte à mémoire, et se situe ainsi en parfaite harmonie avec les objectifs affichés de longue date par FRANCE TELECOM dans ce domaine. Au-delà des effets positifs d'entraînement escomptés sur le plan industriel, à l'échelle nationale et internationale, les perspectives de constitution d'un parc de plusieurs centaines de milliers d'appareils grand public équipés d'un lecteur de carte à mémoire, même s'il est sommaire, font apparaître de nouveaux avantages indirects du programme VISIOPASS, qui dépassent le domaine de la télévision. Il est ainsi très séduisant d'imaginer les fruits de la synergie que l'on devine entre VISIOPASS et les projets particuliers de FRANCE TELECOM dans le secteur du télépaiement.
Enfin, on peut citer comme autre facteur de motivation le potentiel des solutions techniques retenues pour de nouveaux services professionnels: la capacité du multiplex D2-MAC de base, en diffusion de données notamment, la facilité d'extensions vers d'autres formats de la famille MAC/Paquet, et le savoir-faire acquis dans l'exploitation opérationnelle de l'adressage de terminaux en très grand nombre, font apercevoir des
ARCHITECTURE DES POINTS D’EMISSION
D2 MAC/PAQUET-EUROCRYPT DE FRANCE TELECOM
Jean-Pierre VIGARIÉ, Vincent LENOIR Jean Claude JOUET CCETT Matra Communication 4 rue du Clos Courtel - ВР 59 rue Jean-Piere Timbaud - BP 26 35512 CESSON SÉVIGNÉ Cedex 78392 BOIS D'ARCY FRANCE FRANCE Tél : +33 99 02 43 70, +33 99 02 46 07 Tél : +33 (1) 34 60 82 44
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RÉSUMÉ
En 1990 seront mis en service par FRANCE TELECOM des points d'émission D2-MAC/ Paquet-Eurocrypt. Ces équipements industrialisés sont conçus selon deux configurations en fonction de leur exploitation sur un canal satellite ou en tête de réseau câblé.
Après un bref rappel des finalités d'un codeur-embrouilleur (producteur d'un signal D2-MAC/ Paquet en bande de base, embrouillage des composantes et prise en compte du contrôle d'accès), on présente les principes qui ont conduit à l'architecture retenue pour ces points d'émission par FRANCE TELECOM : opérateurs multiples distants, contrôle local et gestion distante des titres d'accès.
Chaque constituant de point d'émission est décrit dans ces fonctionnalités. Les deux types de configurations mises en œuvre (satellite, câble) sont comparées, en détaillant le traitement de la sécurisation de tels systèmes.
TABLE DES MATIÈRES
LES FONCTIONNALITÉS DU POINT D'ÉMISSION 2 PRINCIPE DE L'ARCHITECTURE DES POINTS D'ÉMISSION
2.1 Génération du signal en bande de base
2.2 Supervision du point d'émission
2.3 Accès par un opérateur de programme
2.4 Traitement de l'accès conditionnel
2.5 Sécurisation du fonctionnement d'un point d'émission 3 DESCRIPTION DES RÉALISATIONS
3.1 Environnement technique
3.2 Structure de base du codeur
3.3 Configurations
34 Bilan de ces réalisations 4 CONCLUSION
мə
| | |
Le projet VISIOPASS met еп oeuvre sur les canaux satellites et réseaux cablés relevant de France Télécom un système complet de télévision à péage s'appuyant sur la norme de codage D2-MAC/Paquet et les spécifications d'accès conditionnel EUROCRYPT. Un des principaux aspects de cette mise en oeuvre est
le développement de points d'émission assurant le codage et l'embrouillage des signaux audiovisuels diffusés.
Aprés la présentation de leur rôle dans VISIOPASS, cette communication décrit en deux parties les points d'émission spécialement définis pour VISIOPASS. On présente d'une part les principes d'architecture définis et retenus par France Télécom dans la conception des points d'émission, tant pour un canal satellite que pour une tête de réseau cablé. D'autre part, on décrit la réalisation industrielle qui en est faite par Matra Communication et dont la mise en place effective a débuté en 1990.
L LES FONCTIONNALITES DU POINT D'EMISSION.
Dans la structure globale VISIOPASS, qui est constituée de plusieurs blocs fondamentaux tels que le système de gestion commerciale des usagers ou le décodeur, le point d'émission génére les signaux à diffuser vers les décodeurs des usagers. П reçoit donc les composantes des programmes (image, sons, télétextes) et les conditions d'accès associées, les directives de diffusion fournies par les opérateurs de programme, et les messageries de gestion des titres d'accés issues
des fonctions commerciales. Il délivre sur différents canaux des signaux codés et embrouillés.
Pour générer le signal à diffuser, le systéme de codage et d'embrouillage retenu est le systeme D2-MAC/Paquet, associé aux spécifications d'accès conditionnel EUROCRYPT et au processeur de sécurité PC2. L'ensemble des fonctionnalités du D2-MAC/Paquet et d'EUROCRYPT est mis en oeuvre. Еп particulier, plusieurs services (TV, radio, télétexte, adressage sur antenne) appartenant à plusieurs opérateurs différents peuvent coexister dans le signal, sans autre restriction sur les composantes que les dimensionnements techniques.
Deux types de point d'émission sont développés: pour un satellite, pour un réseau cablé. En version satellite, le point d'émission fournit un signal pour un seul canal. En version réseau cablé, il alimente plusieurs canaux, le signal étant particularisé à chaque canal : la configuration maximale retenue est de 15 canaux. Ces deux versions de point d'émission différent principalement par la stratégie de sécurisation de fonctionnement induite par le nombre de canaux. Vues
d'un opérateur de programme, les autres fonctionnalités sont identiques.
- 389 –
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П. PRINCIPE DE L'ARCHITECTURE DES POINTS D'EMISSION.
П.1. Génération du signal en bande de base
La fonction du point d'émission est de délivrer un signal codé et embrouillé conformément aux spécifications D2-MAC/Paquet et EUROCRYPT. Elle est assurée par un codeur-embrouilleur banalisé, générant un signal en bande de base.
Le codeur-embrouilleur reçoit les composantes audiovisuelles (images, sons, télétextes) pour l'ensemble des services d'un méme canal et les messageries de gestion des titres d'acces. ll génère en interne les messageries de contrôle des titres d'accès. Il élabore le signal à diffuser selon les directives issues des différents opérateurs se partageant le canal.
Le fonctionnement du codeur-embrouilleur est tout particuliérement optimisé en ce qui concerne le comportement temporelle des composantes dans le signal vis à vis de la souplesse d'exploitation pour l'opérateur de programme et vis à vis dela réaction des décodeurs.
On notera que le codeur-embrouilleur n'a pas de sécurisation de fonctionnement intrinséque et que son entrée "directives" est unique. Ces deux aspects justifient en grande partie l'existence du frontal décrit ci-aprés.
Н.2. Supervision du point d'émission.
L'ensemble des codeurs-embrouilleurs d'un point d'émission est sous le contróle d'un calculateur frontal exploité par un opérateur de supervision privilégié.
Le rôle de ce frontal est triple:
- il surveille le bon fonctionnement de chaque codeur-embrouilleur par examen de leurs alarmes internes ou par analyse de leur signal de sortie : le cas échéant, il décide le passage sur un codeur de secours.
-il gère le partage des canaux entre les différents opérateurs de programme : d'une part, il répartit les ressources (nombre de paquets, lignes de télétextes, MAC) entre les opérateurs de programme, les services et les canaux ; d'autre part, il concentre sur chaque codeur-embrouilleur les directives de fonctionnement émises par les différents opérateurs de programme dans la limite des ressources allouées.
- il peut se substituer temporairement, avec des fonctions limitées, à un opérateur de programme.
Le frontal est constitué d'une partie commande des codeurs- embrouilleurs localisée prés de ceux-ci et d'un pupitre de supervision qui peut étre déportable.
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IL3. Accès par un opérateur de programme.
Chaque opérateur de programme peut accéder à un point d'émission par un pupitre opérateur distant ("POD"). Chaque POD est connecté au frontal par un accés de type X25 en liaison permanente ou par TRANSPAC.
Depuis le POD, l'opérateur de programme dirige le ou les codeurs- embrouilleurs qui le concernent dans la limite exclusive des ressources qui lui sont allouées par le frontal (respect du nombre de paquets/seconde, commande du MAC réservé au service TV,...). Dans ce cadre, il peut définir dynamiquement l'état de chacun de ses services, tant pour le codage de base (lois de codage sonore, embrouillage ou поп...) que pour Гассев conditionnel (modes d'accés, références des clés...). L'opérateur de programme ne commande pas individuellement chaque constituant du codeur-embrouilleur, mais définit depuis le POD la "configuration" du signal de sortie pour le service qui le concerne.
Le POD est destiné à étre intégré dans les équipements de production finale d'un opérateur de programme qui souhaitera l'adapter à ses propres besoins. Afin de permettre aisément cette intégration, le protocole POD/Frontal a été clairement spécifié et la couche logicielle gérant ce protocole cóté POD a été réalisée pour s'inclure dans tout développement POD spécifique. Pour France- Télécom, un POD de base, s'appuyant sur cette couche protocole, a été développé pour en valider la fonctionnalité.
П.4. Traitement de l'accès conditionnel.
Le point d'émission permet de traiter les deux aspects de l’accès conditionnel EUROCRYPT : le contrôle des titres d'accés, la gestion des titres d'accés.
Le contrôle des titres d'accès est traité intégralement à l'intérieur du codeur-embrouilleur. Cette fonction assure d'une part la génération aléatoire des mots de contróle utilisés pour l'embrouillage. D'autre part, elle recoit des directives de chaque opérateur de programme, via le frontal, pour élaborer les messages ECM et les EMM-C de remplacement. Le processeur de sécurité (carte- mère PC2), nécessaire au chiffrement des mots de contrôle et au calcul des signatures, dispose d'un lecteur dans le codeur-embrouilleur.
La messagerie de gestion des titres d'accès est définie quant à son contenu et aux modalités de sa diffusion par un organe externe au point d'émission ("GTA" gestionnaire des titres d'accès, lié au systeme de gestion commerciale des usagers). Elle parvient au point d'émission dans un diffuseur de messagerie СОМ”) commun à tous les codeurs-embrouilleurs et fournissant à chacun de ceux-ci les EMM selon des cycles de diffusion. La messagerie de gestion des titres d'accés est véhiculée dans le service d'adressage sur antenne de chaque canal.
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- 392 -
IL5. Sécurisation du fonctionnement d'un point d'émission.
Cet aspect caractérise le point d'émission satellite et le point d'émission réseau cablé.
Dans la version satellite, un point d'émission alimente un seul canal. Appelé "1+1", il est constitué de 2 codeurs-embrouilleurs fonctionnant en parallèle sur les mémes signaux à coder et selon les mémes directives. Un de ces codeurs est à l'antenne, l'autre pouvant le remplacer à tout moment en cas de panne.
Dans la version réseau cablé, un point d'émission alimente jusqu'à 15 canaux avec des signaux différents. Appelé "N+1", il est constitué d'autant de codeurs-embrouilleurs que de canaux ("М"), plus un codeur-embrouilleur de secours. Chaque codeur-embrouilleur est affecté statiquement à un canal Le codeur-embrouilleur de secours peut remplacer n'importe quel autre aprés qu'on a commuté les signaux à coder et le signal de sortie et aprés que les directives en cours du codeur-embrouilleur en panneont été chargé dans le codeur-embrouilleur de secours.
Ces deux versions de point d'émission ont les points communs suivants, aux dimensionnements prés des équipements. D'une part, le diffuseur de messagerie EMM est unique à chaque site et dispose de sa propre sécurisation (disques miroirs). D'autre part, le signal de sortie de chaque codeur-embrouilleur est analysé par un équipement spécialisé dont les résultats guident le frontal dans sa stratégie de commutation sur le codeur-embrouilleur de secours. Enfin, tous les
codeurs-embrouilleurs sont synchronisés par une horloge pilote unique par site. Ш. DESCRIPTION DES REALISATIONS.
Matra Communication a développé dans le cadre du projet VISIOPASS un codeur-embrouilleur D2-MAC/Paquet avec contrôle d'accès EUROCRYPT. Се systéme de codage-embrouillage est opérationnel et on le retrouvera selon différentes configurations en fonction du site d'émission des informations : point d'émission vers un satellite, point d'émission de réseaux cablés (voir figure 1).
Ш.1. Environnement technique. (voir figure 2)
Le codeur développé par Matra Communication est l'élément de base d'un systéme de codage D2-MAC/Paquet, qu'il soit uniquement codeur en clair ou codeur-embrouilleur en accés libre ou en accés contrólé.
Ce codeur assure le codage et l'embrouillage de l'image, d'un maximum de 8 voies son, l'insertion du télétexte dans le retour trame, la génération des messageries de gestion et de contróle des titres d'accés. A partir de ces différentes composantes, il est possible de définir un service de télévision, un maximum de 6 services radio, un service d'adressage sur antenne et un service de télétexte.
Le signal D2-MAC/Paquet généré est pleinement conforme aux documents de spécifications D2-MAC/Paquet et EUROCRYPT.
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ІН.2. Structure de base du codeur. a) Description mécanique.
Le codeur se présente sous la forme d’un chassis 19 pouces de 7 unités de hauteur (dont une de ventilation) prévu pour le montage en baie. Ce chassis supporte l'alimentation,les connexions d'entrées/sorties en face arrière, et, pour la version offrant toutes les fonctionnalités, 19 cartes au format double Europe (6 U de hauteur) de profondeur étendue. Les cartes sont reliées entre elles par un fond
de panier qui supporte d'une part un bus VME (Р1) et d'autre part des connexions spécifiques (P2).
La réalisation compacte et modulaire a fait appel aux technologies multicouches (jusqu'à 6 couches) et CMS, un grand nombre de fonctions étant réalisées avec des DSP 320C25 et 56000.
b) Interfaces d'entrées. (voir figure 3)
Vidéo : numérique 4-2-2
Son : numérique UER/AES 32 KHz ou 48 KHz EMM : liaison HDLC 150 Kbits/s
Frontal : RS232
Télétexte : liaison HDV bidirectionnelle
Source de synchronisation extérieure (facultative) : horloge, synchronisation ligne, synchronisation trame, compteur de trame
c) Interfaces de sortie.
Signal D2-MAC/Paquet en bande de base, avec ou sans dispersion d'énergie
Signaux de synchronisation а) Description des cartes
* Gestion du codeur
- CPU Gérant: cerveau du codeur, il reçoit les paramètres де configuration émis par le frontal via une liaison RS232, et les transmet aux différentes cartes par un bus VME ; la CPU assure également la génération de la ligne 625 ; c'est une carte standard avec un microprocesseur 68000.
* Base de temps
- BDT : carte base de temps qui génère les différents signaux de service pour l'ensemble du codeur, à partir d'un VCXO qui peut être configuré soit en pilote pour fonctionner en mode autonome, soit être asservi par des signaux de synchronisation extérieurs pour fonctionner en mode asservi; cette carte génère également les lignes tests CCIR associées aux transmissions.
* Codage MAC
- SYN : carte synchroniseur, par l'intermédiaire d'une mémoire d'image 4-2-2; elle assure la synchronisation du signal 4-2-2 sur l'horloge interne du codeur, horloge dont la précision est celle imposée par la norme D2-MAC/Paquet.
- MAC : cette carte assure les fonctions suivantes: filtrage vertical de la chrominance, compression luminance et chrominance, embrouillage, mise en forme des transitions.
* Génération des paquets son :
- UER/AES : cette carte assure l'interface entre l'entrée UER/AES et le module de codage son ; chaque carte de ce type réalise l'interface de deux voies UER/AES ; la prise en compte 32 KHz ou 48 KHz est automatique ; cette fonction est réalisée avec un DSP 56000.
- SON : cette carte assure le codage et la mise en paquet d'une voie son stéréo ou de deux voies son mono suivant les deux lois de codage et les deux niveaux de protection, en mode HQ ou МО; elle génère également les ВІ. Elle reçoit tous les paramètres à partir de la carte MPS via une liaison HDV ; cette fonction est assurée par un DSP 56000.
* Génération des paquets de messagerie :
- CTA: carte contrôleur des titres d'accés, elle génère les mots de contróle et les paquets ECM à partir de la carte mére PC2 dont elle assure l'interface ; cette fonction est assurée par un microprocesseur 80C51.
- MM : carte multiplexeur de messagerie qui, à partir des informations transmises par le diffuseur de messagerie via une liaison HDLC, met en forme les paquets EMM ; cette fonction est assurée par un DSP 320C25.
* Paquets de la voie d'identification des services : - VOIE 0 : cette carte génére les paquets de la voie d'identification des
services à partir des informations transmises par la carte CPU ; cette fonction est réalisée par un microprocesseur 80C51.
* Multiplexage des paquets :
- MPE : carte multiplexeur paquets entrée ; elle assure le stockage des
différentes voies paquets avant leur multiplexage; chaque carte peut stocker 8 voies paquets.
- MPS: carte multiplexeur paquets sortie; cerveau du multiplexeur paquets, elle extrait les paquets stockés dans le module MPE pour constituer le multiplex paquets ; cette fonction est réalisée par un DSP 320C25.
* Embrouillage des paquets :
- EEB : cette carte assure l'embrouillage d'un maximum de 8 voies paquets à partir des mots de contróle générés par la carte CTA ; elle supporte 8 fonctions GPA Paquets et la fonction GPA MAC, implantées dans 4 circuits intégrés spécifiques développés par SGS-Thomson; elle réalise également les fonctions d'entrelacement et de brassage des paquets avec un circuit spécifique développé par SOREP ; cette fonction est réalisée par un microprocesseur 80C51.
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* Multiplexage TDM :
- TDM : les fonctions réalisées par cette carte sont les suivantes : . Multiplexage des données: voies paquets, ligne 625, télétexte, partie données des lignes tests. . Codage duobinaire. . Constitution du multiplex TDM par multiplexage des données numériques D2, des données numériques 4-2-0 et des données numériques des lignes tests CCIR.
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La sortie de cette carte est le multiplex numérique D2-MAC/Paquet sur 8 bits. Cette fonction est réalisée avec un DSP 320C25.
* Signal de sortie :
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- SOR : cette carte réalise les fonctions suivantes : . Conversion numérique/analogique sur 8 bits. . Filtrage du signal. . Génération du signal de dispersion d'énergie. .Cireuits de sortie D2-MAC/Paquet et des signaux de synchronisation.
Ш.З. Configurations.
А partir de ce codeur, divers systèmes de génération du signal D2- MAC/Paquet peuvent être réalisés, le plus simple étant le codeur seul pour générer un signal non embrouillé ou embrouillé en accès libre.
Pour générer un signal D2-MAC/Paquet embrouillé à contrôle d'accès EUROCRYPT, il faut adjoindre au codeur des équipements extérieurs.
— 396 -
a) Configuration 140 (figure 4):
Le système de base est la configuration 1*0 qui comprend un codeur, un diffuseur de messagerie et un PC frontal.
b) Configuration 1+1 (figure 5) :
La configuration 1*1 a été réalisée pour France Télécom à destination de 1а diffusion par satellite (équipements de Romainville pour TDF1). Elle comporte deux codeurs fonctionnant en paralléle pour le codage d'un canal D2- MAC/Paquet, donc assure une sécurité maximum en cas de défaillance.
Les deux codeurs reçoivent simultanément les signaux suivants : - Signaux à coder/embrouiller
- Données EMM en provenance du diffuseur de messagerie
- Signaux de synchronisation en provenance du pilote
- Informations de configuration en provenance du frontal
De plus, pour minimiser la perturbation du signal lors d'un basculement d'un codeur sur l'autre, une liaison entre modules CTA permet aux deux codeurs de fonctionner avec les mémes mots de contróle.
En cas d'anomalie détectée par un UCDS (Unité de Contróle des Données et des Sons) en sortie du codeur à l'antenne, une alarme est remontée vers le frontal qui peut prendre la décision de basculer sur l'autre codeur par commande du commutateur de sortie.
с) Configuration N+1 (figure 6)
La configuration N*1 (N«15) est en cours de réalisation pour France Télécom à destination de la diffusion sur les réseaux cablés. A chaque canal est affecté un codeur; chaque codeur, qui fonctionne indépendamment des autres, recoit des signaux d'entrée ainsi que des informations de configuration spécifiques au canal.
Un codeur de secours permet de sécuriser le systéme en cas de panne de l'un des codeurs. La configuration comporte un seul diffuseur et un seul frontal qui gèrent l'enserable des codeurs. Les signaux de synchronisation issus d'un pilote sont communs à tous les codeurs. Un commutateur aiguille cycliquement la sortie de chaque codeur vers l'entrée d'un UCDS qui assure une remontée d'alarme vers le frontal en cas de panne.
En cas de panne de l'un des codeurs, le Frontal commande l'aiguillage des signaux à coder/embrouiller correspondant vers l'entrée du codeur de secours et la sortíe de celui-ci en lieu et place de celle du codeur en panne.
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TILA. Bilan de ces réalisations.
S'intégrant dans une gamme complète de produits D2-MAC/Paquet (décodeurs+transcodeurs, outils de tests, générateurs et régénérateurs) cette philosophie de codage permet à Matra Communication d'enregistrer actuellement de bons succés en France et à l'export. Son adaptation au D-MAC est en cours.
IV. CONCLUSION.
Brique importante dans l'architecture du projet VISIOPASS, le point d'émission prend en charge le codage et l'embrouillage des signaux audiovisuels dans un contexte multiopérateurs, multiservices et à accés conditionnel. Selon son affectation, c'est une source de signal D2-MAC/Paquet EUROCRYPT pour un canal satellite ou les canaux d'un réseau cablé.
La présentation des principes définis et retenus par France Télécom pour son architecture a montré que la priorité était donnée dans les deux cas à la fiabilité, à l'identité d'accés pour un opérateur de programme et à l'utilisation d'éléments constitutifs communs aux deux structures. La spécificité satellite ou cable porte sur les modalités de la sécurisation de fonctionnement et sur les divers dimensionnements.
Ces principes d'architecture de point d'émission donnent lieu à des développements industriels en cours, s'appuyant sur la maitrise technologique de Matra Communication dans le domaine du D2-MAC/Paquet. Les réalisations correspondantes en ont été présentées en détail.
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ALARMES
VERSATILE MAC/PACKET ENCODER INTERFACING WITH
ANY CONDITIONAL ACCESS SYSTEM
Caleb BRADLEY, Helge STEPHANSEN Tandberg Telecom a.s.
Box 333
1473 Skárer
NORWAY
Tél : 447 2 973170
ABSTRACT
The MAC/packet coding specified by the EBU in 1984 provides a standard for broadcasting vision, sound and data together in a single channel. The standard has a large degree of flexibility to meet varying demands for these services in the coming decades. In the cases of sound and data services this flexibility is achieved by packet transmission where each packet of digital data contains an address to identify the service it provides. There is provision for scrambling the vision, sound and/or data services, where security can be protected by achosen Conditional Access System which administrates selective entitlement of receivers, subscriptions, etc. The Tandberg TT 12000 Encoder meets these requirements with a configurable architecture which has interfaces both for conventional TV broadcasting and for new services.
RÉSUMÉ
Le codage MAC/paquet spécifié par EBU en 1984 établit un standard de transmission pour vision, son et données dans un seul canal. Le standard est très flexible de façon qu'il est adaptable au besoins variés de ces fonctions dans les dizaines d'années prochaines. En ce qui concerne le son et les données, cette flexibilité est fournie par lemode de transmission paquet où chaque paquet des données digital contient une adresse qui identifie sa fonction. Il v a des possibilités de brouiller les signaux de vision, son et/ou données, oü la sécurité est protégée par un système choisi d'accès conditionnel qui gouverne la sélection exclusive des récepteurs, les abonnés... Le Tandberg TT12000 Encodeur remplit ces conditions avec sa construction flexible qui fournit les interfaces aussi bien pour la transmission TV conventionnelle que pour les fonctions nouvelles.
TABLE OF CONTENTS
1 INTRODUCTION SUMMARY OF THE MAC/PACKET MULTIPLEX 2.1 Vision 2.2 Sound 2.3 Packet Data 3 SCRAMBLING 3.1 Vision Scrambling 22 Packet Data Scrambling 4 MODULATION ENCODER ARCHITECTURE 5.1 Vision Processing 5.2 Sound Processing 5.3 Packet Processing 6 CONDITIONAL ACCESS 6.1 Eurocrypt M 6.2 EurocryptS 6.3 Eurocypher REFERENCES
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- 404 –
| | VERSATILE МАС/РАСКЕТ ENCODER INTERFACING WITH ANY CONDITIONAL ACCESS SYSTEM
|
|
| Caleb Bradley & Helge Stephansen, Tandberg Telecom a.s., Skårer, Norway | Tel. +47 297 31 70
|
1. Introduction
Тһе MAC/packet coding specified [1] by the EBU іп 1984 provides а standard for
transmitting vision, sound and data together in a single channel of a satellite or a cable | network. Ав was intended, the emphasis today is оп use of МАС for delivery of new | tv services in the 11.7 to 12.5GHz satellite band, with imminent extensions to stereo and/or multilingual sound and widescreen format. At the same time an evolution proceeds in the exploitation of the multi-purpose packet data channel which is a"free" resource in the coded MAC signal.
| The extra packet capacity is a potential source of revenue to broadcasters who have | options for its use such as:
ө adding sound services
| j Я Р : 2 | • renting data capacity to third parties requiring one-way wide-area data distribution
ө sending encrypted messages which enable selected receiver decoders to descramble transmissions. The arrangement for this is called a Conditional Access System.
The Tandberg TT12000 Encoder has been designed to meet these evolving require- ments with a configurable architecture which has interfaces both for tv broadcasting and for the new packet services.
2. Summary of the MAC/packet Multiplex
MAC tv signals retain the scanning frequencies of the terrestrial 625-line standard i.e. horizontal 15625 lines/second, vertical 50 fields/second, 2:1 interlaced. Thus decoders can be built without field storage memory.
Allocation of time within the 625-line frame for MAC/packet is very different from conventional PAL-625 as shown in Fig. 1. The broadcaster is free to choose different time-windows from the usual case shown on the right of Fig. 1 since the "other data" includes information to the decoder about where it will find the rectangular window for each service provided. Thus it is feasible outside tv programming hours to devote all the vídeo part of the frame to extra packet data capacity.
-405-
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PAL - 625 LINE No. D-MAC/packet
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D Mete ууу, Ро
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SRS 905905
| li Blanking, sync and burst | & Luminance time-compressed 3:2 | mi Test lines Шә > Chroma time-compressed 3:1 | Luminance + frequency- ANALOG | interleaved chroma ™ Test lines | Wi Teletext B sync ——— DIGITAL ----- 8 Packet data Other data |
| 2. | Mx Fig. 1 Comparison of frame partitioning in conventional PAL-625 and D-MAC/packet.
The vision, sound and data components are described below.
2.1 Vision
The chrominance and luminance components of each line are transmitted separately in succession. Thus the well-known imperfections of NTSC, SECAM and PAL coded pictures which arise from imperfect separation of these components are absent in MAC, although the advantage is lost if the decoded signal has to be recoded for conventional receivers without a component-video interface.
Since both components are initially 52usec long, they both have to be time-compressed to fit into their allocated parts of the line. Time-compression shortens the component but causes it to occupy a proportionally wider frequency bandwidth. Luminance with the wider initial bandwidth of about 5.5MHz is time-compressed by a lesser ratio (3:2)
than chrominance (3:1) so that both after compression occupy about 8.25MHz. The channel bandwidth constraint of terrestrial broadcasting does not apply here.
2.2 Sound
Sound is transmitted digitally in MAC. The broadcaster can choose between several options such as:
ө High quality 15kHz or Medium quality 7kHz bandwidths
ө Linear 14-bit or NICAM* coding ө Stereo or monophonic
e Simple ("1st level") or more robust ("2nd level", Hamming code) protection against bit errors
*NICAM = Near-Instantaneous Companded coding in which sound samples are transmitted with 10-bit resolution, with groups of 32 samples scaled by a factor which is signalled in the sample parity bits.
In all cases the digital sound data is collected into packets, called BC, which are transmitted as described below. The rate at which BC packets are sent depends on the above options but will seldom exhaust the available capacity, even with as many as 8 high-quality sound channels. Periodically a packet type called BI is also transmitted to tell the decoder which of the sound options is in use.
2.3 Packet Data
— = BANDLIMITED
* CODING RULES:
Data "0" always gives duobinary "0".
Data "1" gives duobinary +/- 1 where | the sign +/- changes after each "0". |
Fig. 2 Duobinary coding of packet data.
— 407 -
- 408 -
Packet data is transmitted іп a 9.8usec burst on each МАС line except 624 and 625 as shown іп Fig. 1. The binary data bits are sent in the form of a three-level (+1, 0, -1) or duobinary code, see Fig. 2, which can be band-limited to suit the channel.
The variants D-MAC and D2-MAC differ in data rate, and thus in the channel bandwidth required, as follows.
Packet bits Standard Data rate perline Base bandwidth Intended uses D-MAC 20.25Mbit/sec 2x99 8.4MHz approx. FM in satellite 27MHz channel, AM in cable 12MHz channel D2-MAC 10.125Mbit/sec 99 « SMHz FM in satellite 27MHz channel, AM in cable 8 or 12MHz channel
In D-MAC the data period is divided into two successive 99-bit bursts, shown by the dashed line in Fig. 1, which are used for independent packet streams. This allows
control of which packet services are retained if a D-MAC signal has to be recoded as D2-MAC.
Several types of packets may be sent: e Sound BC and BI packets - see above
e SI (Service Identification) packets - contain information on all services carried on the signal, additional to the short SI information in line 625
e General data packets - identified by their addresses e Teletext packets e Packets for Conditional Access management.
More details of packet processing (prioritising, scrambling, interleaving) and Condi- tional Access are given below.
3. Scrambling
Scrambling may be applied to any service to restrict its reception, but not to basic information needed by all receivers such as sync., lines 624 and 625, and headers of packets. Scrambling is done using pseudorandom bit-sequences which can be gener- ated by shift registers connected with appropriate feedback. The structure of these registers is not secret; it is available to anyone in [1] and they are built into every MAC decoder because the decoder to succeed in descrambling a service has to duplicate the sequence used in the encoder.
Security of scrambling is given by the extreme length of the pseudorandom sequence. A 60-bit control word is used at the encoder to start ("seed") the sequence at some point. Authorised receivers are given the same control word in a controlled manner and so can seed their sequence identically, while would-be pirates have a practically impossible task of finding the seed where there are astronomically many possibilities.
Further security is given by camouflaging the pseudorandom sequence with a 256- frame count, and changing the control word every 10.24 seconds. Different services can use different sequence generators with different control words.
An encryption system external to the encoder is needed to convey the secret control words exclusively to the decoder(s) authorised for (subscribing to) each service, see Conditional Access below.
The mechanisms of scrambling video and data/sound which are implemented in the TT12000 Encoder are described below.
3.1 Vision Scrambling
Two methods of cut-and-rotate are available: ө Single-cut in chroma and rotate line
e Double-cut (in luminance and chroma) and rotate within each component.
In either method, each cut is made at a pseudorandomly-chosen one of 256 possible cutting points in luminance or chroma. The result on one line is shown in Fig. 3. Since the cut point(s) are chosen by a scramble sequence generator and differ from line to line, the picture becomes unrecognizeable. All transitions between unrelated compo-
| Е UNSCRAMBLED Bí c у у | VISION COMPONENTS UA | sang. Ve | SINGLE-CUT DOUBLE-CUT | | SCRAMBLING SCRAMBLING { ол cut cut | { j `/ | E
H LE H V у {см Сг} Y | Ya )
Fig. 3 Vision scrambling. | nents аге smoothed by cross-fading to avoid artifacts which could ease pirate descram- bling.
The same cut-and-rotate process is used in decoders to recover the picture.
3.2 Packet Data Scrambling
The information part (not the header) of any packet service including sound packets may be scrambled. Scrambling is done by adding modulo-2 in an EXclusive-OR gate the serial packet data to a pseudorandom sequence from a scramble generator. The
decoder recovers the information from the scrambled stream by the same process using the same sequence.
In addition all packet data is interleaved, see 5.3.2 below, and randomised to spread its frequency spectrum to reduce interference to nearby channels. Interleaving and randomising are reversed in the decoder.
4. Modulation The baseband D- or D2-MAC signal as described may be processed as follows for satellite broadcasting. e Pre-emphasis as is normal prior to frequency modulation, to improve overall signal-to-noise ratio.
e Dispersal is addition of a frame-rate (25Hz) triangle wave intended to spread the frequency spectrum.
e Frequency modulation of 7OMHz intermediate | frequency (i.f.)
e Limiting to remove residual amplitude modulation of the i.f.
e Harmonic filtering e Conversion to uplink frequency
For cable systems the MAC/packet signal may be amplitude modulated with vestigial sideband filtering and distributed in a channel bandwidth of 12MHz for D-MAC, or | about 8MHz for D2-MAC. |
5. Encoder Architecture
| Control & SI
TT12000 | D/D2-MAC/packet Baseband ENCODER I— Мооре
Audio 7OMHz 14. | Data ала j MAC/packet Teletext |
---------------- ЕММ/СММ | ENCRYPTION : | COMPUTER | ECM/SMM |
ЕС
| Timing & CW
Fig. 4 TT 12000 MACIpacket Encoder interfaces.
- 410 – t
External interfaces to a MAC/packet Encoder are shown in Fig. 4. Processing of the vision, sound and data inputs is described below. Two computers shown in Fig. 4 are used to configure the Encoder for the services required (and generate the SI infor-
UNE PHASE CORRECTOR cM.
; RE-MULTIPLEX BUS
— И [vm гтх "PS т
DATA from Fig. 76} — — | CODER
SEA
Fig. 5 Encoder vision processing. Baseband MAC/packet +
mation carried on the MAC signal), and to generate control words and messages for | а Conditional Access system of encryption.
5.1 Vision Processing
The vision processing chain is shown in Fig. 5. The processing is digital, with analog video input via an optional converter if standard 4:2:2 digital video [2] is not already available.
Incoming digital video consists of parallel 8-bit samples (the encoder can accept 10-bit samples) with accompanying sample clock 27MHz. Luminance and chroma samples are first separated into two 13.5Msample/sec streams which are written into FIFOs (First In, First Out memories). These serve as "elastic" delays which absorb line phase difference so that all subsequent processing can be phased to the local clock source. This may be free-running or be locked to an external reference, not shown.
The FIFO for chroma passes alternate samples of each colour-difference component. In the following stage, alternate colour-difference components are gated out on each line, since there is room for only one component of chroma on the MAC line. This gating has two consequences:
e When chroma is again multiplexed with luminance the total rate is reduced from 27 to 20.25Msamples/sec,
ө transversal filtering of chroma is needed to reduce aliasing of high vertical spatial frequencies.
Normally a 3-line transversal filter is used. The Tandberg TT 12000 Encoder employs a 7-line filter with coefficients optimised for better transient response. Such a filter needs to be able to adapt towards the top and bottom of the picture to implement 5-line, 3-line and 1-line (no filter) weightings.
The stage "Compression Memory" contains two RAMs (Random Access Memories) which alternate on successive lines between writing and reading. Several functions are achieved merely by control of address counters for the RAMs:
e Luminance and chroma are read out separately at the correct times on the MAC line. The readout rate is 20.25Msample/sec in each case, which gives the time-compression factors 3:2 and 3:1 respectively.
Luminance is delayed by 3 lines relative to chroma, using a 3-line rotating buffer in the RAM. This over-compensates the delay to chroma in the transversal filter, resulting in chroma being transmitted a line ahead of luminance. The MAC standard [1] arranges this to minimise the amount of memory required in receivers to implement a 3-line transversal filter to interpolate the missing lines of colour-difference information.
e The vision components are scrambled as shown in Fig. 3 by loading the reading RAM address counter with cut-point data from a pseudorandom scramble sequence generator.
The Cross Fader smooths transitions between unrelated components by synthesizing three samples in the transition region. The Compression Memory provides a trigger pulse to initiate a crossfade whenever the reading address count is interrupted, e.g. at scrambling cut-points.
The signal multiplex in Fig. 1 is completed in digital form when optional lines of test video from a PROM, and data which has been duobinary coded and band-limited as shown in Fig. 2, are combined on a bus. The optional digital "E7" pre-emphasis module shown in Fig. 5 uses non-linear processing to achieve 2-4 dB better overall signal-to- noise ratio than conventional linear pre-emphasis. The composite MAC/packet signal is finally converted to the baseband analog output.
Several video processing functions in Fig. 5 allow modification by the Control Com- puter. The options include chroma filter on/off, clipping of chroma, choice of no scrambling or single-cut or double-cut, forcing "free access" scrambling i.e. scrambling with a fixed non-secret control word, and inserting at the FIFO outputs test lines or pictures stored in PROMs (not shown). —
шады ыы ҮРЕ à
} MONO or stereo service,
CREER ee eee SE
Й - oproisoimior
Fig. 6 Encoder sound processing.
‚5.2 Sound Processing
The Sound Processing is shown in Fig. 6. The analog circuits are in identical modules, one for each audio input, which are contained in their own frame and interface with the rest of the encoder via optoisolators to prevent crosstalk from digital circuits.
Each balanced audio input is pre-emphasised [3] and a dither noise is added. This reduces the subjective effect of the subsequent 14-bit quantising. Before quantising, the signal must be low-pass filtered to prevent aliasing. Alternative filters are selected by an electronic switch for high-quality or medium quality service.
The analog-to-digital converter gives a serial data output which is written into RAM in a Sound Packetiser module by d.m.a. (direct memory access). The microprocessor in this module "knows" which of the options in 2.2 above to implement and is able to create BC (sound data) packets, and periodic BI packets. It writes the packets to an output FIFO which interfaces with the packet data bus similarly to all other packet generators, described below.
5.3 Packet Processing
The packet processing shown in Figs. 7a) and b) is the most complex part of the encoder. Up to 24 packet generators may be fitted of various types, including sound packetisers, depending on the input interfaces required. These may be a high-speed parallel interface, a slower RS232 serial interface, and/or an X.25 LAPB [4] packet network interface.
All packet generator modules are set up by the Control Computer which delivers, via a Buffer Processor and a multiprocessor Serial Control Bus which visits each module, configuration data for each service which includes:
ө Packet address(es) to appear in headers
e Packet type e.g. BC, BI, EMM, ECM (see below), etc. (appears in header)
• Packet rate or maximum period between packets
-43.-....
- 414 -
• SI content (packetised in a dedicated module)
Control BUFFER 508 serial contro! bus a * a ... кы | Fig. 7a) Packet data processing: prioritising.
i i | The SCB is also used by the computer to load lists of service parameters into the | RAMs shown in Figs. 7a) and b), and to configure the vision and sound processing. i Tandberg provide an easy menu-driven user interface for setting up vision, sound and | data services with the program ENCON which runs on an IBM-compatible PC. |
There аге two stages of buffering for all packets, associated with prioritising and interleaving.
5.3.1 Packet Prioritising
АП packet generators compete to deliver their packets to the packet data bus. The packet prioritiser arbitrates by scanning to find which generator(s) have packets ready in their output FIFOs, and enables one generator at a time to drive the packet data bus. The priority rules are held in a RAM and are usually chosen to be as follows:
• Sound packets have top priority - they must not be delayed by data because of limited buffering in decoders.
• SI packets have medium priority - the rate of SI packets affects the time for decoders to acquire a service
from Fig. Та)
Fig. 7b) Packet data processsing: interleaving. HORIZONTAL | HORIZONTAL & одумире | ONTROLLE enable other packet sources
e Data packet services have relative priorities according to requirements.
e "Dummy" packets have lowest priority and are generated automatically to fill unused capacity in the MAC sub-frame.
The enabled generator delivers its packet to the Scrambler. The address in the header of the packet is extracted and used to select, via a table in RAM, the pseudorandom scramble sequence generator for that service, which has already been seeded with the correct Control Word.
5.3.2 Packet Interleaving
The output of the EXclusive-OR scrambler gate is written to one of two alternating RAMs. The address generator for this RAM gives an interleaved sequence so that when the packet is read out again with a simple incrementing address sequence, the order of bits is changed. If the original packet bits are numbered 1, 2, 3,.... 751 the bits transmitted are 1, 95, 189,..... Le. step size = 94 bits.
Transmitting the 751 bits in this non-sequential order is intended to improve resist- ance to burst errors by distributing the vital 31-bit header.
5.3.3 Packet Time Multiplexing
Insertion of packet data in the MAC line in bursts at correct time(s) is achieved as follows. The plan of frame multiplexing, which is defined by the SI and may be that shown in Fig. 1, is loaded into Horizontal and Vertical Timing RAMs. These are addressed by horizontal and vertical counters synchronised to the frame.
At the time(s) in the line of a data sub-frame(s) the Packet Source Controller enables readout from the Interleaver of a burst of 99 bits. The Packet Source Controller has expansion possibility for multiple data sub-frames and other data sources, e.g. Tele- text, which are not shown in Fig. 7b).
The output multiplexer in Fig. 7b) combines packets with other non-packet data such as sync data, and lines 624 and 625. It randomises the packet data by selecting between direct and inverted bits under control of a local pseudorandom source.
6. Conditional Access
The Encoder performs scrambling, using control words (keys) and a table of keys-for- services which is loaded via the Buffer Processor in Fig. 7a). The Encoder also provides, as part of the packet capacity, a channel for sending cryptograms to the decoders.
Conditional Access systems use both these facilities of the Encoder to selectively enable decoders to descramble particular services. The types of cryptogram which may be sent are:
е ECM Entitlement Checking Message - contains the | control word for a service (or group of services) encrypted by, and only decryptable using, an authorisation key.
e EMM Entitlement Management Message - contains the authorisation key for decrypting the above encrypted by, and only decryptable using, a distribution key which is restricted by physical means to authorised user(s).
The TT12000 Encoder is able to interface with any of the three Conditional Access systems below which are registered with the EBU.
6.1 Eurocrypt M
This Conditional Access system is developed and proposed by CCETT (France). The control words and ECM are generated in the encoder by a special module which carries a "smart" plastic card reader and fits into the packet generator section in Fig. 7a). The EMM content can be downloaded from an off-site customer administration
22222416 - | -
si All
centre over an Х.25 packet data network to an EMM injector. The EMM injector then transmits EMM packets with the required priority and rate.
6.2 Eurocrypt S
This system is proposed by the Norwegian Telecommunication Administration (NTA) in cooperation with NR/MSK representing the nordic telecommunication administrations and broadcasting organisations.
Instead of ECM/EMM the packets sent are: e SMM Service Management Message, similar to ECM.
• CMM Customer Management Message, similar to EMM.
CMMs can be used alone to give static subscriptions, while CMMs and SMMs together allow dynamic control of subscriptions, such as pay-per-view schemes.
Control words are downloaded to the encoder over a dedicated RS232 interface. The SMM and CMM can be injected by one or two of the parallel or X.25 LAPB data packet generator modules shown in Fig. 7a).
The control computer, CC, sets up the addresses for the SMM/CMM packets. The same addresses have to be used by the encryption computer EC. These may be separate computers at different locations so there is a need to transfer the address table between CC and EC. This can be done by a separate link. An alternative and better way is to configure the control word interface in a dual handshake mode where the addresses for SMM/CMM are sent from the encoder control word port to the EC.
The TT12000 Encoder is in operation with the Eurocrypt-S system transmitting Swedish Television 1 and 2.
6.3 Eurocypher
This Conditional Access system is developed and proposed by General Instruments Inc. Also in Eurocypher the control word (CW) generator and the encryption equip- ment are separate from the encoder. Packet addresses are transferred between CC and EC by a dedicated link. The CWs and ECM/EMM are downloaded to encoder input ports. The CWs then go to the scramble sequence generators. The headers of ECM/EMM packets are checked before transmission to verify correct packet address and freedom from detectable errors.
The TT12000 Encoder is in operation with Eurocypher on the BSB (British Satellite Broadcasting) channels.
417 - |
References
[1] Specification of ће Systems of the MAC/packet Family, ЕВО Tech. 3258-E, October
1986. (21 EBU Parallel Interface for 625-line Video Signals, EBU Tech. 3246-E, August 1983. [3] CCITT J.17 Pre-emphasis
[4] CCITT Fascicle VIIL3 - Recommendation X.25 Interface between Data Terminal Equipment (DTE) and Data Circuit-Terminating Equipment (DCE) for Terminals Operating in the Packet Mode and Connected to Public Data Networks by Dedicated Circuit, 1984
- 418 – 4
THE NORDIC VLSI MULTI MAC CHIP SET
FOR CONDITIONAL ACCESS CONSUMER RECEIVERS
Leif Ame КОММІМСЕМ Nordic VLSI
Øvre Flatásvei 4D
7079 FLATASEN
NORWAY
Tél : +47 7 98 62 11
– 420 –
~
TABLE OF CONTENTS
INTRODUCTION
THE NORDIC/PHILIPS/PLESSEY MAC CHIPSET RECIEVER CONTROL AND SERVICE ACCESS CONTROL 21 CORE - RCON Core Functions
3.2 CIF -RCON - CASS Interface Module
33 ASW-RCON Application Software
3.4 Behavioural Description of RCON
APPLICATIONS
1. Introduction
The advantages of the MAC system are well known. MAC offers much better picture and sound quality than existing systems, as well as service access control, and digital data transfer services. The system permits the capacity of the time division multiplex to be used in a very flexible way:
- Picture with a number of sound channels plus data channels
- Sound and data channels (20 Mbits/sec) - Data channels, full-field (20 Mbits/sec)
Further, the MAC system is compatible with HDMAC, the coming system for HDTV in Europe.
2. The Nordic/Philips/Plessey MAC chipset
The design of the multi MAC chipset (NPP chipset) was initiated by The Norwegian Telecommunications Administration (NTA) in 1985. A few months later Nordic presented a decoder and chip architecture, based on the following philosophy:
- Complete multi-MAC implementation ~ Conditional access from day one - Utilization of the multiplex flexibility
- Low cost minimum solution for low-end consumer receivers
- Extendable to more sophisticated consumer receivers and professional receivers
The chipset has been used in professional MAC receivers since summer 89, and volume production for consumer receivers is in progress at Philips Components and Plessey Semiconductors.
The chipset consists of some basic building blocks as shown in figure 1.
The analog MACAN chip provides gain control and clamping of the video signal, data demodulation, and clock recovery.
The CONTROL chip can be programmed to receive all possible TDM multiplex configurations, and to control synchronization, packet acquisition, filtering and buffering, error correction, and timing. A serial PACKET BUS outputs all packets from two data bursts, which can be configured to cover the D and D2 MAC standard double and single bursts,
or two data burst covering full-field data (20 Mbits/sec).
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Packets concerning conditional access and service identification (SI), and line 625 are filtered, error corrected, and buffered. À very fast parallel interface (> 2 Mbytes/sec) transfers these packets to the receiver control. А standard cheap microprocessor can read all packets from one 99 bits data burst without packet loss. This means that only one packet buffer is needed in the CONTROL chip.
RCON (Receiver Control) can be implemented with one or more processors and software. RCON controls the programmable chipset in a simple and efficient way by means of the CONFIGURATION CHAIN feature. This is effectively a long shift register running through all chips, loaded via the CONTROL chip.
RCON configures the CONTROL chip to sort out wanted decryption packets, and conveys them to CASS. The protocol towards CASS, covers both variants of the EUROCRYPT standard, and is based upon the ISO 7816 smart-card standard.
RCON sorts out and processes the data received from line 625 and SI packets, and structures and stores the information.
RCON also handles the user interface.
The CASS (Conditional Access SubSystem) handles the decryption packets received from the CONTROL chip via RCON, and returns control words for descrambling if the actual services are ordered and paid for.
The VIDEO chip handles the 4:3 and 16:9 aspect ratios and panning. The on-chip descrambler receives control words from CASS via RCON, the CONTROL chip and the CONFIGURATION CHAIN.
The SOUND chip implements the complete MAC specification, and decodes two encrypted sound services. Mixing of sound is controlled in a very flexible way from RCON via the CONFIGURATION CHAIN. BI packets are processed on-chip.
The on-chip descramblers receive control words from the CONFIGURATION CHAIN.
The sound chain architecture supports decoding of up to
48 encrypted sound services in an economical way, simply by connecting a number of SOUND chips in parallel to the PACKET BUS.
The DATA chip extends the data transfer capability of the NPP chipset. With its packet acquisition modules, descramblers, teletext transcoder, and packet buffers, it is outstanding for encrypted data transfer; for data rates from kbits/sec to 20 Mbits/sec. The buffers can be read via a standard parallel microprocessor bus. If required, a number of DATA chips can be connected to the PACKET BUS.
3. Receiver control and service access control
As described in chapter 2, RCON controls the MAC decoder. In addition, RCON controls the CASS, the antenna, and the tuner, and provides an interface towards the user.
Although the NPP chipset can be used together with several conditional access standards, the description here is based on EUROCRYPT S and EUROCRYPT M.
The MAC/EUROCRYPT systems are very flexible, and offer the user a large number of possible combinations of services and access modes. To handle this, a sophisticated but user-friendly man-machine interface is necessary. People have different background and skills in using technical equipment. The man-machine interface should support both the user that wants access to a basic service by just pushing а button, and the advanced user that wants to utilize all possibilities.
Пиниос = =
An important aspect is compatibility with existing TV sets. This implies that when the acquisition of a service proceeds rapidly in a normal manner, no information should be given to the user until the picture and sound appears. But it is very important to inform the user when access to а service, for one reason or other, is delayed or not permitted. The display of this information must be given а form which is interpretable for the пап in the street. Text and symbols on the TV screen is probably the best, but other methods, for example by means of LEDs, should be considered.
А substantial portion of TV sets manufactured the last ten years have infrared remote control. Many TVs also have teletext facilities. It is likely that the users of future MAC TVs want the same features, and then the basis for a user-friendly man-machine system is present.
The EUROCRYPT S standard defines several modes of operation. The most important are:
* Static subscription (no service management message) * Dynamic subscription - Subscription per element, or "a la carte" The service provider divides the service into service or programme elements, and offers any combination to the customer. - Subscription per tiered element The service is divided into components A, B, C, D etc, and the customer can subscribe on alternatives A, A+B, A+B+C, etc.
~ Pre-booked programme number
Any programme, referenced by a number, can be ordered in advance.
- Impulse pay-per-view per program The customer buys in advance programmes for a certain amount of money, and an "account" in the CASS is credited correspondingly. When the customer uses the facility his account is charged with the price of of the program.
- Impulse pay-per-view per time unit
The same as above, but now the customer is charged per time unit.
* Group control
Groups of customers, grouped geographically or by subject, will replace the service for some time, or receive a text page, or perform fingerprinting.
- 426 -
The SI system (packets with address ”0” and line 625) provides information on services and data for acquisition of services.
RCON consists of three main functional blocks, as shown on figure 3.
The CORE contains control functions which are standardized, and could be the same for all receiver models.
The CIF covers the CASS interface protocols for EUROCRYPT 5 and EUROCRYPT M. This module may be placed on the same physical hardware as CORE.
ASW consists of a number of blocks which are specific to each TV manufacturer and receiver type. This module may be placed on а dedicated processor, or together with CORE.
I ӨЙНЕМР
КОО .
3.1 CORE - ЕСОМ Core Functions The CORE communicates with the MAC decoder, CIF and ASW. CORE does not see any difference between the EUROCRYPT 5 and EUROCRYPT M standards, this is covered by CIF. The interface towards ASW will be the same for all cases. CORE functional blocks: - Scheduler ~ MAC decoder interface - Configuration chain ~ Packet reception - CIF interface - ASW interface ~ Line 625 handler ~ SI handler (ра0) - Data group structuring - D2 MAC/EUROCRYPT M data group error checking - CMM handler - CMM_EG - Other CMMs - SMM handler - Sound mix handler - BER handler
- Data channel handler
3.2 CIF - RCON - CASS Interface Module The CIF module communicates with CORE and one or more
CASSes. Both EUROCRYPT 5 and EUROCRYPT M are covered. The CORE Interface is the same in all cases.
- 427 -
The ASW covers functions which are specific for each receiver model. ASW communicates with CORE, the tuner, the
3.3 ASW - RCON Application Software display or teletext system and the user. | |
ASW functional blocks:
- СОВЕ Interface
- Man-machine Interface - Service info and select - Conditional access info and select - Operational info and select - Maintenance - Help
~ Teletext/display control - Tuner control
- Antenna control
3.4 Behavioural description of RCON
The signal sequence diagram in figure 4 shows the behaviour of RCON and the environment after power on and change of channel using D-MAC/EUROCRYPT S. It is assumed that entitlements for the service (TV picture + main sound) is stored in the CASS. Group Control is used to replace the service when commercials are shown.
The signal names (commands, parameters) used in figure 4 which are not self-explanatory are defined in the Eurocrypt S specification.
4. Applications
Figures 5 to 8 show several applications of the NPP chipset.
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- 429 -
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Signa:
Figure 4,
- 430 -
ш
PACKET BUS
ж CONTROL
Figure 7. MAC data receiver. Full-field data» 20 Mbits/sec
PACKET BUS
CONTROL
SOUND THAIN
SOND CHAIN
SOUND
MAC radio recerver.
ге! с “у т со
Up to 48 radio channeis
метеора нуле аза иако
LE POINT DE CODAGE/MULTIPLEXAGE
D2 MAC/PAQUET-EUROCRYPT DE TDF
Philippe MEILLAN Télédiffusion de France 21-27 rue Barbès
92120 MONTROUGE FRANCE
Tél : +33 (1) 49 65 19 68
RÉSUMÉ
Dans son centre d'exploitation de Romainville TDF a installé le point де codage-multiplexage du système de diffusion par satellite TDF1/TDF2. Ce point de codage permet de coder les signaux alimentant quatre canaux du satellite.
Le centre reçoit les signaux de programme et des données de commande. Les équipements de codage constituent le multiplex D2-MAC final. Les opérateurs disposent de moyens de contrôle et de supervision.
L'attribution de 3 canaux du satellite à des chaines à accès conditionnel a nécessité une adaptation du point de codage réalisée en dotant d'abord les codeurs existants des organes "contrôleur des titres d'accès” et “injecteur de messagerie” puis en mettant en place une deuxième génération de codeurs intégrant directement ces fonctionnalités.
ABSTRACT
In its Romainville operation center TDF has set up the coding-multiplexing point for TDF1/ TDF2 satellite broadcasting system. This coding center is able to encode four channels on the satellite.
The operation center gathers the programme signals and control data. The encoding equip- ments build the final D2-MAC multiplex. The staff can use different control means.
As three channels on the satellite are dedicated to condtional access programmes, it became necessary to update the encoding center. As a first step “entitlement controller” and “message injector” have been added to the existing encoders then second generation encoders have been set up. These encoders directly incorporate conditional access facilities.
TABLE DES MATIERES
1 LE POINT DE CODAGE-MULTIPLEXAGE D2 MAC/PAQUET DE TDF 1.1 Les équipements 12 Le contrôle et la supervision 2 L'ADAPTATION DE L'ACCES CONDITIONNEL 2.1 Le contrôleur des titres d'accès 2.2 Le diffuseur injecteur de messagerie 2.3 L'évolution du point de codage-multiplexage
- 434 -
FR En Er UV VESTE DCUM DEOS tar
LE POINT DE CODAGE-MULTIPLEXAGE D2-MAC/PAQUET EUROCRYPT
. Si l'on examine quels sont les principaux constituants de la chaîne technique d'un systéme d'accés conditionnel aux programmes audiovisuels tel qu'EUROCRYPT, on peut citer :
- un système de gestion commerciale de la clientèle, mis en oeuvre par l'opérateur de programmes, |
- un gestionnaire des titres d'accès, outil technique de la gestion des titres d'accès,
- un point d'émission mis en oeuvre par le radiodiffuseur, - et bien entendu, les terminaux de réception des usagers. Les fonctions essentielles du point d'émission sont les suivantes :
- pour ce qui concerne le codage D2-MAC/PAQUET :
codage MAC de l'image,
codage du son,
multiplexage par paquets des sons des données,
multiplexage temporel de l'image, des paquets, du télétexte, ... gestion des configurations du multiplex,
- pour ce qui concerne l'accès conditionnel EUROCRYPT : embrouillage de l'image, du ou des sons (des données),
génération et diffusion des messages de contrôle des
titres d'accès, diffusion des messages de gestion des titres d'accès, gestion des conditions d'accès.
Le point d'émission du système de radiodiffusion par satellite TDF1/ TDF2 a été installé par TDF dans son centre d'exploitation de Romainville. Après avoir rappelé la structure de ce point d'émission (1), nous en décrivons l'adaptation à l'accès conditionnel EUROCRYPT choisi en France et mis en oeuvre sur le système TDF1/ TDF2.
1 - Le point de codage-multiplexage D2 MAC/PAQUET de TDF.
Le point de codage-multiplexage D2 MAC/PAQUET de TDF est équipé pour gérer le codage de 4 chaines de programme.
Ainsi qu'il est usuel dans un centre d'exploitation de radiodiffusion, le point de codage-multiplexage comporte une salle d'équipements et une régie de commande et de supervision.
- 435 -
1.1. Les équipements
1.1.1. Les interfaces
Le point de codage-multiplexage reçoit des opérateurs de programme les signaux de programme et des données de commande.
Les signaux de commande sont acheminés par des liaisons de contribution conventionnelles sous la forme suivante : :
- signal de télévision : signal en composantes analogiques multiplexées (signal T-MAC),
- signaux sonores : multiplex numérique MIC livré sur interface audio- numérique UER-AES,
- signaux de télétexte et de sous-titrage :transportés en suppression de trame du signal T-MAC,
- messages de gestion des titres d'accès : livrées par le Gestionnaire des Titres d'Accés sur liaison X 25.
L'opérateur de programme dispose, connecté au codeur D2MAC/PAQUET, d'un poste Opérateur Distant qui permet de définir les configurations du multiplex et de fournir les consignes d'accès conditionnel.
Le signal D2-MAC/PAQUET sortant est acheminé par liaisons de trans- port de diffusion vers la station de connexion au satellite.
1.1.2.Le codage
Les signaux sont traités et multiplexés par des codeurs D2 MAC/ PAQUET en configuration 1 + 1 ce qui permet d'assurer une disponibilité maximale du signal.
Le schéma ci-dessous permet de rappeler la constitution générale d'un codeur. Les différents blocs fonctionnels correspondent à des équipements individualisés dans la premiére génération de codeurs acquispar TDF pour assurer les premiers mois (ou années) de l'exploitation au D2-MAC/PAQUET du système TDFI - TDF2. Dans la génération suivante en cours de démarrage opérationnel, ils constituent des éléments d'une architecture intégrée.
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PAQUETS
1.2 Le contrôle et la supervision
De manière classique, les opérateurs disposent de moyens de contrôle visuels et auditifsydes signaux pris en charge, des signaux codés et d'un retour antenne qui, dans le cas des programmes à conditions d'accès,permettra le contrôle du signal désembrouillé.
Les opérateurs du point de codage-multiplexage disposent de la possibilité de configurer les chaînes de codage et ont la responsabilité d'assurer et de contrôler le partage du canal entre les services cohabitants (services radio et télévision par exemple).
Des moyens de supervision permettent le contrôle permanent du | multiplex.En particulier, un gérant d'alarme chaîne vérifie la cohérence entre les consignes
fournies par les terminaux d'exploitation et Postes Opérateurs Distants et le contenu du multiplex final.
2 - L'adaptation de l'accès conditionnel.
La mise en oeuvre de l'accès conditionnel selon la norme EUROCRYPT suppose de gérer les voies ECM et ЕММ transportant respectivement les messages de contrôle et de gestion des titres d'accès.
Ceci conduit à doter les codeurs des organes ou des blocs fonctionnels suivants :
~ 437 –
- le contrôleur des titres d'accès
- l'injecteur de messagerie
2.1. Le contrôleur des titres d'accès. Il génère les messageries de contrôle des titres d'accès.
Rappelons que la messagerie de contrôle des titres d'accès véhicule d'une part les conditions d'accès au programme (par exemple date et thème, numéro de programme, coût, ...) et d'autre part un cryptogramme du mot de contrôle.
Le contrôleur des titres d'accès reçoit les données relatives aux conditions d'accès des Postes Opérateurs Distants.
Les cryptogrammes des mots de contrôle sont calculés par des "cartes-méres" fournies par les opérateurs de programme ; la "carte-mére" reçoit le mot de contrôle tiré au sort par le contrôleur, met en oeuvre l'algorithme cryptographique et restitue le cryptogramme.
Ainsi l'algorithme cryptographique n'est pas connu de l'équipement de codage et lui est inaccessible ce qui renforce de manière considérable la sécurité du système.
L'introduction du contrôle d'accès oblige à revoir la conception de la redondance du système. Dans un codeur D2-MAC/PAQUET "clair" les deux codeurs d'une configuration redondée 1+1 fonctionnent certes avec les mêmes consignes d'exploitation mais de manière indépendante, l'opérateur choisissant le codeur à l'antenne.
L'accès conditionnel, par contre, implique qu'une commutation de codeur ne puisse entraîner de discontinuité dans le désembrouillage par les équipements de réception. De ce fait les deux codeurs d'une configuration redondée doivent en permanence utiliser le même mot de contrôle. Ceci conduit à exploiter les contrôleurs des titres d'accès selon la méthode maitre-esclave : le mot de contrôle est tiré par un contrôleur et communiqué à l'autre, le statut des 2 contrôleurs pouvant être permuté en cas de besoin.
2.2. Le diffuseur injecteur de messagerie
Cet équipement assemble et gère les cycles de diffusion des message- ries de gestion des titres d'accès.
Р Le point de codage-multiplexage reçoit un interface supplémentaire | (liaison X 25) avec le gestionnaire des titres d'accès qui fournit les messageries de gestion des titres d'accès et leurs consignes de diffusion.
Ces consignes sont :
- la cadence de diffusion des messageries,
- leur période de diffusion (par exemple un message de renouvellement d'abonnement pourra être diffusé un mois),
- le nombre minimal de diffusions du message
- la priorité de diffusion, certains messages requièrent une priorité plus élevée (par exemple le renouvellement d'abonnement sur appel de l'usager).
Pour constituer le cycle de diffusion des messageries l'injecteur tient compte de ces consignes et du débit alloué à la voie numérique de gestion des titres d'accès. Cette voie constitue un des services se partageant le canal (le service d'adressage sur antenne). La diffusion de la messagerie de gestion des titres d'accès suppose de réserver une ressource suffisante à ce service, à côté par exemple des services radio ou des sons du service de télévision. C'est donc un élément à prendre en compte dans le partage du canal.
2.3. L'évolution du point de codage-multiplexage
L'adjonction de ces nouvelles fonctionnalités s'est d'abord effectuée en dotant les codeurs de première génération exploités par TDF des organes "Contrôleur des Titres d'Accès" et "Injecteur de messagerie" avec des possibilités réduites au mode abonnement.
C'est ainsi qu'à pu être assuré dès le 27 mars 1990 la montée de Canal + sur TDF1.
Parallèlement TDF met en place la deuxième génération de codeurs D2 Mac/Paquet développée par MATRA COMMUNICATION et offrant l'ensemble des fonctionnalités du standard EUROCRYPT.
Dans le même temps l'adaptation des moyens de contrôle et de super- vision des messageries d'accès conditionnel a été entreprise.
а) D. DUBOIS, M. GIOVACHINI, Chaîne de codage D2 MAC/PAQUET, Radiodiffusion Télévision n° 101, 1988, p.18 à 22.
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MULTI MAC DECODER/DESCRAMBLER
FOR CONSUMER APPLICATIONS
Manfred JUNKE ITT INTERMETALL Hans Bunte Str. 19 7800 FREIBURG WEST GERMANY Tél : +49 761 5170
- 442 –
ABSTRACT
This lecture will present a set of components of the DIGIT2000 system from ІТТ Semiconduc- tors supporting the realisation of a Multi-Mac satellite reciever. The various requirements for reception of a multi-service MAC signal are discussed with respect to the implementation in the chip set. The description will concentrate on the DMA 2280 and the DMA 2285 chip which together handle decoding and descrambling of MAC video, sound and data services. Peripheral devices as well as the system philosophy are also addressed.
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| L'ÉVALUATION ERGONOMIQUE DES INTERFACES UTILISATEURS
DE TÉLÉVISION À PÉAGE
Michel NAEL
CCETT
4 rue du Clos Courtel
BP 59
35512 CESSON SEVIGNE Cedex FRANCE
Tél : +33 99 02 47 64
Traiter de l'évaluation ergonomique des interfaces utilisateurs de télévision à péage dans le contexte de ces journées peut sembler à certains peu pertinent. Cependant, ce sujet а une importance commerciale et implique des interactions avec les aspects techniques. Si cette évaluation de l'interface utilisateur est essentielle, il est non moins essentiel de veiller à la qualité de la méthodologie de test elle-méme. L'exposé montre comment deux méthodes différentes produisent des résultats nettement différents. Quelques conséquences sont tirées de cette étude de cas.
ABSTRACT
Dealing with ergonomic assessment of user interfaces for Pav TV in the context of this conference may appear of little relevance to some people. However, this matter entails marketing issues and interactions with technical aspects. This usability testing 1s crucial, but the testing method itself is as much crucial. The exposé shows how two different methods produce two different sorts of results. À few consequences of this case study are drawn.
TABLE DES MATIÈRES
1 POURQUOI TRAITER DE CE SUJET DANS CE CONTEXTE > 1.1 Importance commerciale 1.2 Interactions avec la conception technique 1.3 Dissiper quelques malentendus
2 L'INTERFACE UTILISATEUR DE TÉLÉVISION А PÉAGE 2.1 Entre l'utilisateur et son plaisir télévisuel 2.2 Distinguer et évaluer tous les niveaux de l'interface
3 COMMENT ÉVALUER CET INTERFACE ? 3.1 Les pratiques courantes en tests de produit 3.2 Caractéristiques des tests d'ergonomie
4 LES RÉSULTATS OBTENUS 4.1 Deux méthodologies d'évaluation différentes 4.2 La méthode conditionne les résultats 4.3 Portée et limites des tests d'ergonomie
5 QUELQUES CONCLUSIONS
51 ya vraiment "test" et "test" ... 5.2 L'arüculation entre ergonomie et processus de développement
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1 POURQUOI TRAITER DE CE SUJET DANS CE CONTEXTE ?
11 | Importance commerciale
La qualité ergonomique des produits est aujourd'hui de plus en plus demandée par les clients, en particulier sur les produits électroniques. Il faut bien constater que cette demande correspond à un accroissement des fonctionnalités offertes sur ces produits qui engendre elle-même souvent un accroissement non moins important de la complexité des interfaces utilisateurs. Si un produit, un magnétoscope par exemple, est difficile à programmer, cela gêne l'utilisateur et non le vendeur ou le fabricant une fois l'appareil vendu. Mais lorsqu'il s'agit d'un terminal d'achat d'émissions de télévision, le problème de la facilité d'usage joue sur les consommations, ce qui constitue un argument tout à fait crucial pour la réussite commerciale du service.
1.2 Interactions avec la conception technique
Les concepteurs techniques se représentent souvent les problèmes d'interface utilisateur comme des problèmes qui ne relèvent que des "couches hautes". En disant cela ils pensent que ces problèmes peuvent être traités uniquement à ce niveau et, par conséquent, dans les dernières phases du développement. Sans entrer ici dans trop de détails, notons deux exemples où les caractéristiques du système ont une incidence directe sur l'interface utilisateur.
Ainsi, par exemple, dans l'état actuel du système, il est impossible de "dater" certains achats d'émissions à l'unité. Cela rendra la vérification des factures papier, que l'utilisateur recevra tôt ou tard, plus compliquée que la vérification d'un extrait de compte bancaire habituel en interdisant une recherche par date quel que soit le mode d'achat.
Cet exemple ne peut pas être compensé aujourd'hui au simple niveau du dialogue utilisateur car son origine se trouve dans la définition du système lui-même. Le fait que ce problème soit souligné par les évaluations ergonomiques contribue actuellement à motiver l'étude de certaines modifications de traitement des informations par le désembrouilleur. Le problème du datage de tous les achats sera donc, peut-être, résolu prochainement. Mais il faut retenir de cet exemple que c'est dès le stade des spécifications techniques du système qu'il aurait fallu prendre en compte les effets potentiels sur l'interface utilisateur.
1.3 Dissiper quelques malentendus Afin d'éviter des confusions et des déceptions, il apparaît utile, tant pour les concepteurs techniques que pour les responsables de marketing, ou même d'autres spécialistes en sciences humaines, de bien distinguer ce que sont des tests d'ergonomie, leur portée et
leurs limites. Ceci amènera à passer par l'explicitation et l'illustration de caractéristiques méthodologiques propres à l'ergonomie.
2 L'INTERFACE UTILISATEUR DE TELEVISION А РЕАСЕ
2.1 Entre l'utilisateur et son plaisir télévisuel
Dans le cas de 1а télévision à péage, l'interface utilisateur est complexe et repose sur trois supports: la télécommande, le coffret et sa carte à mémoire, l'écran du téléviseur. Sur ces supports, apparaissent des informations fixes, telles que les touches et leurs libellés, ou dynamiques, telles que les écrans de dialogue ou les voyants lumineux sur le coffret. Il est courant de considérer le mode d'emploi également comme l'un des éléments de
l'interface utilisateur. Mais l'expérience, et plusieurs études, nous ont montré qu'il est illusoire de penser qu'une difficulté de dialogue peut trouver sa réponse dans le recours au mode d'emploi, car ils sont très souvent mal conçus et très généralement inutilisés. Dans le cas qui nous intéresse ici, l'attention a été portée essentiellement sur la télécommande et sur les interactions qu'elle permet avec un affichage incrusté dans l'écran du téléviseur.
2.2 Distinguer et évaluer tous les niveaux de l'interface
Plusieurs niveaux de l'interface utilisateur doivent étre considérés, à titre d'exemples:
forme et feed-back tactile des contrastes colorés optimisés niveau physique touches, pour une lisibilité confortable (y compris population ágée ...),
niveau lexical et libellé des touches, tous les termes utilisés dans les pictographique pictogrammes (trés généralement | écrans,
incompris ou mal compris! ...),
répartition, organisation des cohérence des procédures de niveau syntaxique [blocs de touches par groupes de confirmation, feed-backs des
fonctionnels, des actions immédiates et des
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compréhension et mémorisati niveau sémantique |де la signification des touches,
Des interrelations existent évidemment entre ces différents niveaux. Ainsi, par exemple, la mémorisation de la signification des touches de la télécommande dépend de son libellé, de sa position par rapport aux autres touches et de marquages graphiques ou colorés. C'est donc l'ensemble de ces niveaux qui doivent être évalués.
3 COMMENT EVALUER CET INTERFACE ?
3.1 Les pratiques courantes en tests de produit
Les services de marketing ont souvent recours à des tests de produits, soit existants soit nouveaux, afin d'évaluer leur attrait pour les clients potentiels. Dans le cas d'un produit nouveau, il s'agit notamment d'avaluer si le concept méme du produit est bien perçu et apprécié positivement. Les techniques mises en œuvre reposent essentiellement sur des entretiens et sur des jeux de róles. L'analyse qui est faite porte sur le discours des panélistes. Un accent particulier est mis sur la représentation idéale que les panélistes se font du produit.
3.2 Caractéristiques des tests d'ergonomie
Les tests d'ergonomie présentent, pour leur part, des caractéristiques sensiblement différentes des tests de produits, méme si l'interview des panélistes y joue aussi un róle important:
- l'objectif est d'évaluer la compatibilité de l'interface avec les buts, les capacités et les habitudes des utilisateurs, et non pas les aspects plus ou moins séduisants du produit,
- la référence essentielle est "l'utilisateur réel en situation réelle", ce qui nécessite pour un produit nouveau, au moyen du maquettage et des scénarios de tests, un effort important pour créer une situation aussi réaliste que possible, (9
- le scénario de tests comporte donc nécessairement une phase oü un ensemble de
táches sont proposées aux panélistes (par exemple: "programmer Visiopass si l'on veut enregistrer une émission que l'on ne pourra regarder au moment de la diffusion sur tel chaîne, tel jour, de telle heure à telle heure"), tâches qu'ils ont à réaliser seuls, dans l'ordre qui leur convient, sans aide autre que le dialogue utilisateur lui-méme,
- les données recueillies sont des observations comportementales (les panélistes parviennent-ils aux buts qui leurs sont proposés, et de quelle facon 7), des verbalisations (des difficultés rencontrées, des opinions aussi ...) et des quantifications (temps mis pour atteindre tel objecitf, nombre d'hésitations ou d'erreurs, etc.),
- il est important de souligner qu'un type de donnée doit étre confrontée, autant que possible, à un autre type de donnée; ainsi, aux opinions exprimées, il faut chercher des validations dans les comportements observés,
- lorsqu'il en existe, le recours à des connaissances scientifiques est également
nécessaire, par exemple pour argumenter sur des problémes de lisibilité (contrastes colorés, taille des caractères, ...),
Résumons ces caractéristiques dans le schéma suivant:
connaissances scientifiques disponibles
analyse en situations réelles ou réalistes
| _____--> Observations interviews 4—7
ы
mesures
Les données recueillies se situent au-dela des “opinions”
(*) Le dialogue utilisateur, dans ce cas comme souvent, est le résultat de nombreuses contributions qu'il serait trop long de citer ici. H faut cependant mentionner qu'au CCETT, le maquettage du dialogue et la simulation des interactions avec un programme audiovisuel diffusé est le résultat d'un travail important de programmation informatique (Yves HERVET en grande partie, et Christian GERARD). Les tests d'ergonomie n'ont de sens et d'utilité qu'en s'appuyant sur la réalisation du maquettage, et de ses nombreuses modifications en cours d'étude.
- 448 -
4 LES RESULTATS OBTENUS
4.1 Deux méthodologies d'évaluation différentes
Dans le cas qui nous intéresse, deux maquettes de dialogue utilisateur pour Visiopass ont
été évaluées, l'une réalisée par un industriel, l'autre par le CCETT ©), Ces deux maquettes présentaient globalement les mêmes caractéristiques de dialogue, notamment: même structure des menus, même terminologie (à quelques détails près). La maquette réalisée au CCETT présentait un aspect de réalisme supplémentaire dans la mesure où certaines actions étaient possibles avec un programme audiovisuel embrouillé/désembrouillé.
Deux prestataires de services différents ont évalué ces maquettes. Appelons "А" celui qui a évalué la maquette de l'industriel et "B" celui qui a évalué la maquette du ССЕТТ. La méthodologie suivie a été sensiblement différente dans les deux cas, notamment sur les points suivants:
- le prestataire А, praticien expérimenté en tests de produits a centré, presque exclusivement, son évaluation sur les interviews (son protocole de test s'intitule d'ailleurs "guide d'entretien"); le déroulement du test se faisait en présence continue de l'interviewer, selon la démarche suivante: explication d'une rubrique, proposition d'un "exercice" sur cette rubrique, et interview simultané,
- le prestataire B, praticien expérimenté en tests d'ergonomie, a réalisé ses tests en respectant les caractéristiques mentionnées au point 3.2, en particulier pour la phase durant laquelle les panélistes se trouvent seuls face au systéme.
D'autres différences méthodologiques, telles que la passation d'un panéliste seul (prestataire À) ou plutót par paires de personnes qui se connaissent (prestataire B) pour faciliter les verbalisations et réduire l'aspect artificiel de la situation du test, distinguaient également les deux prestataires.
4.2 La méthode conditionne les résultats
La différence méthodologique décrite précédemment peut sembler bien négligeable à certains, méme à des spécialistes d'autres sciences humaines ... Pourtant, il s'avére que cette différence a entrainé des conséquences sensibles sur les résultats:
- dans un parcours imposé du dialogue et rubrique par rubrique (prestataire A), il était évidemment impossible de trouver des informations (comportementales et/ou verbales) sur les difficultés potentielles des panélistes pour se repérer dans la logique et la structure globales du dialogue; en conséquence, dans les recommandations, il n'est pas surprenant qu'un accent important ait été mis sur des points tels que l'utilisation du curseur pour choisir entre plusieurs options, et qu'il n'y ait pratiquement pas de recommandation pour améliorer la structure et du dialogue lui-méme,
- dans les scénarios oü les panélistes se sont trouvés seuls face à l'ensemble du dialogue et devant remplir des táches proposées (prestataire B), les possibilités d'erreurs, et d'errance, dans le dialogue ont pu se manifester; ainsi sont apparues des confusions que les panélistes faisaient entre ce qu'ils pouvaient consulter et ce sur quoi ils pouvaient agir, entre ce qui relève du système (le coffret et la carte) et ce qui relève de "la chaine
(%) Pour une description fonctionnelle complète du désembrouilleur VISIOPASS, consulter l'article de G. DUVIC et C. GEOFFRAY, publié dans ce méme document.
qu'ils regardent”; ces confusions gênent l'utilisation complète des fonctions et freinent son appropriation par les utilisateurs. On voit bien qu'il s'agit là d'un probléme d'une autre dimension que celui, pourtant réel aussi, de l'apprentissage de modalités de désignation non familières mais très vite acquises.
Les deux prestataires ont bien souligné la complexité ressentie par les panélistes. Mais le prestataire B a pu en faire une analyse plus fine et plus exacte, qui nous a permis de remettre en cause l'organisation générale du dialogue. Bien qu'il ne s'agit pas là d'une comparaison strictement expérimentale, nous avons donné quelques raisons de penser que la qualité des résultats tient en grande partie aux différences de la méthodologie et du champ de compétence des évaluateurs.
4.3 Portée et limites des tests d'ergonomie Dans cest tests, quelle que soit leur qualité, il ne faut jamais oblier quelques limites:
- "réaliste" n'est pas "réel", de nombreuses dimensions de la réalité manquent toujours, tels que l'environnement domestique familier, et, dans ce cas, la dimension financière du rapport au produit ...: de plus, un maquettage est toujours, plus ou moins, incomplet (dans notre cas, par exemple, il était impossible de présenter un fonctionnement trés réaliste, c'est à dire avec feed-back sonore, de la fonction "mixage des sons", ou du service radio évidemment ...),
- l'ergonomie d'un produit n'est que l'un des facteurs d'acceptabilité, l'utilité ressentie et le coüt du produit/service offert jouent souvent un róle plus important dans sa réussite commerciale.
5 QUELQUES CONCLUSIONS
5.1 Ilya vraiment "test" et "test" ...
La pratique des tests d'usage semble se développer et il faut s'en féliciter. Nous avons voulu montrer, pour des interlocuteurs qui peuvent ignorer ces "subtilités", que l'on n'obtient pas les mêmes types de résultats selon la méthodologie mise en œuvre. Les tests visant à évaluer les motivations d'achat d'un produit ou d'un service ont leur utilité et leur pertinence dans une perspective d'étude de marché. Pour améliorer la qualité de l'interface utilisateur, il est plus utile et pertinent de recourir à des tests d'ergonomie qui n'en portent pas seulement le nom.
5.2 L'articulation entre ergonomie et processus de développement
Il apparait nécessaire d'intégrer les tests d'ergonomie aussitôt que possible dans le processus de conception. Cela est possible dés le stade de la définition des spécifications fonctionnelles. En effet, si le concepteur peut décrire le fonctionnement externe du produit, alors un maquetteur peut déjà lui donner des formes réalistes pour des utilisateurs potentiels. Les premiers maquettages sont nécessairement rudimentaires, l'important est quils soient interactifs, de facon à permettre aux panélistes de réaliser, par eux-mémes, des séquences d'actions suffisamment représentatives de l'utilisation future probable.
De plus, la réalité des processus de conception et développement montre que: - aucun dialogue utilisateur n'a été "réussi" du premier coup, - de nombreux aléas techniques se présentent aussi en cours de développement.
Ces deux raisons justifient une démarche itérative entre des phases de maquettages, d'évaluations et de modifications successives, démarche qui est, en fait, la seule qui soit réaliste.
Enfin, l'intégration précoce d'évaluations ergonomiques dans le processus de conception contribue à limiter, autant pour les concepteurs que pour les ergonomes, le syndrôme de “l'inspecteur des travaux finis". Cela contribue aussi à construire un langage commun entre ergonome et concepteur (de bonne foi l'un et l'autre ...), condition nécessaire pour que la collaboration soit fructueuse.
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© CCETT 1990 ISBN 2-906850-03-9 Groupe Media Calligraphy 99 26 72 72 Dépót Légal 2? trimestre 1990
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